Brevet FR2582847A1 — publié le 19861205

Dispositif destiné à absorber les ondes sonores La présente invention concerne un dispositif destiné à absorber les ondes sonores et plus particulièrement les ondes de basses et moyennes fréquences. Dans tous les domaines d'application connus comme l'insonorisation de locaux, d'habitacles d'engins, ou la fabrication de silencieux pour machines bruyantes, on utilise des produits d'absorption se présentant sous la forme de panneaux acoustiques. On connait de tels produits, par exemple, des diedres, des panneaux recouverts de matériaux fibreux ou poreux, des panneaux résonnants ou résonateurs. Tous ces dispositifs présentent un bon coefficient d'absorption dans une certaine plage de la bande des fréquences audibles, mais présentent malheureusement un mauvais coefficient d'absorption dans au moins une autre plage, et particulièrement en basses et moyennes fréquences. La présente invention a pour but de proposer un dispositif d'absorption des ondes sonores présentant un très bon coefficient d'absorption sur toute la largeur de la bande de fréquences audibles et plus particulièrement en basses et moyennes fréquences. La présente invention a pour objet un dispositif destiné à absorber les ondes sonores, caractérisé en ce que la surface d'absorption est constituée par l'extrémité de voies d'air juxtaposées et indépendantes les unes des autres, cette extrémité de ces voies d'air débouchant à l'air libre dans l'écoulement. L'autre extrémité de ces voies d'air débouche de préférence dans une cavité fermée ou à l'air libre, ou cette autre extrémité est recouverte d'une plaque. Pour un rapport de surface d'extrémité des canaux sur la surface totale du panneau supérieur ou égal à 40%, la distance entre deux surfaces de frottement de chaque voie dtair est inférieure à la couche limite et la longueur de chaque voie d'air est au maximum de 80 mm. Selon un premier mode de réalisation, chaque voie d'air est constituée par une aiguille creuse de diamètre inférieur à la couche limite. Selon un deuxième mode de réalisation, chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles planes, la distance entre deux feuilles étant inférieure à la couche limite. Selon une variante de ce deuxième mode, ces feuilles sont séparées par des écarteurs soudés ou collés sur toute leur hauteur. Selon un troisième mode de réalisation, chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles ondulées, toutes ces feuilles étant placées dans le meme sens et la distance entre deux feuilles étant inférieure à la couche limite. Selon une variante de ce troisième mode, les feuilles ondulées sont séparées par des écarteurs soudés ou collés sur toute leur hauteur ou par des feuilles planes. Selon un quatrième mode de réalisation, chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles ondulées, toutes ces feuilles étant placées alternativement en sens opposé et le diamètre réalisé par deux ondulations de sens opposé étant inférieur à la couche limite. Selon une variante de ce quatrième mode de réalisation, ces feuilles sont séparées entre elles par des feuilles planes. Selon un cinquième mode de réalisation, chaque voie d'air est un orifice de diamètre inférieur à la couche limite, chaque orifice étant réalisé dans un bloc constituant le dispositif. Selon un sixième mode de réalisation, chaque voie d'air est obtenue par étirage d'une plaque métallique qui a subie par emboutissage, et préalablement à l'étirage, une série de fentes parallèles. Selon une autre réalisation, la présente invention a pour objet un dispositif destiné à absorber les ondes sonores, caractérisé en ce que la surface d'absorption est constituée par l'extrémité de fibres parallèles et orientées perpendiculairement à un support alvéolaire. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, plusieurs modes de réalisation du panneau selon l'invention. La figure 1 représente un tableau comparant les courbes de variation du coefficient d'absorption de différents panneaux de l'art antérieur et du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente le premier mode de réalisation, à aiguilles creuses juxtaposées. La figure 3 représente le deuxième mode de réalisation, à feuilles planes. La figure 4 représente le troisième mode de réalisation, à feuilles ondulées de même sens. La figure 5 représente le quatrième mode de réalisation, à feuilles ondulées de sens oppose. La figure 6 représente le cinquième mode de réalisation à voies d'air constituées par des orifices réalisés dans un bloc. La figure 7 représente le sixième mode de réalisation à voies d'air obtenues par étirage d'une plaque métallique. La figure 8 représente l'autre réalisation à fibres parallèles orientées sur un support alvéolaire. Le tableau de la figure 1 présente, pour différents dispositifs, la courbe de variation du coefficient d'absorption en fonction de la fréquence de l'onde sonore. Le coefficient d'absorption est représenté en ordonnée en %, et la fréquence est représentée en abscisse en Hertz (Hz). Les courbes A, B, C, D représentent des courbes de variation du coefficient d'absorption de différents dispositifs connus. La courbe A représente le coefficient d'absorption d'un dispositif constitué de dièdres de laine minérale de longueur i m utilisés pour la réalisation de chambres sourdes pour laboratoires. On remarque que le coefficient est bon au niveau des fréquences hautes et moyennes, mais faible au niveau des basses fréquences. La courbe B représente la courbe d'absorption d'un dispositif constitué d'un panneau de laine de verre d'une épaisseur d'environ 50 mm. La courbe C représente la courbe d'absorption d'un dispositif constitué d'un même manneau dé laine de verre sous une tôle perforée. La présence de tôles perforées modifie légèrement le coefficient d'absorption. La courbe D représente le coefficient d'absorption d'un dispositif constitué d'un panneau résonnant ou résonateur. Le coefficient dtabsorption est, dans ce cas, sélectif c'est-à-dire bon seulement pour une faible bande de fréquences autour de 125 Hz et par exemple mauvais pour des fréquences basses en dessous de 60 Hz et pour des fréquences hautes au dessus d'environ 200 Hz. La courbe E représente un exemple du coefficient d'absorption du dispositif selon l'invention, et l'on remarque que celui-ci estexcel- lent (voisin de 100%) au niveau des basses et très basses fréquences, puis diminue légèrement à partir des fréquences moyennes pour finalement rester voisin de 70% pour les hautes fréquences. Le point d'inflexion de la courbe (ici 500 Hz) est lié aux dimensions géométriques du dispositif. Dans la figure 2, il est représenté le premier mode de réalisation constitué par un réseau d'aiguilles 1. Le taux de perforation est défini comme étant le rapport de la surface libre permettant le passage de l'air, à la surface totale. Il peut être aussi appelé "densité d'ouverture". Ce taux de perforation est supérieur ou au moins égal à 40% (Z40%). Ces aiguilles sont creuses, juxtaposées, parallèles entre elles et indépendantes les unes des autres. Elles ont un diamètre extérieur d compris entre 0,1 et 1 mm, et leur longueur L est au maximum de 80 mm, cette longueur correspondant à l'épaisseur du dispositif. Elles sont assemblées dans des cadres ou dans des résines, ou soudées électriquement par points, ou collées, ou encore liées par un autre procédé quelconque. Dans la figure 3, il est représenté le deuxième mode de réalisation, constitué par un réseau de feuilles planes 2, séparées par des écarteurs 5. Ceux-ci sont soudés ou collés sur toute leur hauteur pour rendre chaque canal indépendant. La distance e entre dieux feuilles est inférieure à 1 mm, et la longueur L de ces feuilles est au maximum de 80 mm. Bien entendu, les écarteurs 5 ne sont pas indispensables, ces feuilles pouvant être assemblées en pliant chacune de leur extrémité pour la souder à une feuille adjacente, par exemple. Dans la figure 4, il est représenté le troisième mode de réalisation constitué par un réseau de feuilles ondulées 3. Ces feuilles ondulées sont placées côte à côte dans le même sens avec un espacement e compris entre 0,1 et 0,5 mm, et elles ont une longueur L de 80 mm maximum. Ces feuilles peuvent être séparées par des écarteurs et si les ondulations le permettent elles peuvent être séparées par des feuilles planes. Ces écarteurs ou ces feuilles planes participent dans ce cas à la tenue des feuilles ondulées, et en leur absence, ces feuilles ondulées peuvent être assemblées entre elles de la même manière que les feuilles planes de la figure 3. La figure 5 représente le quatrième mode de réalisation, constitué par un réseau de feuilles ondulées 3, 3a séparées par des feuilles planes 6 et toutes ces feuilles constituent le long du panneau une série d'orifices quasiment demi-cylindriques ayant un diamètre équivalent d compris entre 0,1 et 0,5 mm. Bien entendu, dans le cas où ces feuilles ondulées ne sont pas séparées par des feuilles planes et si les ondulations sont placées alternativement en sens opposé, chaque orifice est quasiment cylindrique. La longueur L de toutes ces feuilles est au maximum de 80 mm. La figure 6 représente le cinquième mode de réalisation dans lequel chaque voie d'air est un orifice 9, de diamètre d inférieur à la couche limite. Chaque orifice 9 est réalisé dans un bloc constituant le dispositif. Ces orifices peuvent être obtenues par des procédés connus, par exemple par électroformage ou par démoulage d'un moule du type "brosse" dans lequel on aura coulé un liquide thermo-durcissable. L'épaisseur L est comprise entre 5 et 80 mm pour des canaux de diamètre d compris entre 0,5 et 1 mm. La figure 7 représente le sixième mode de réalisation dans lequel chaque voie d'air est obtenue par étirage d'une plaque métallique qui a subie par emboutissage, et préalablement à l'étirage, une série de fentes parallèles 11. Le panneau obtenu a un aspect de type "métal déployé" composé de fentes de 0,1 à 0,5 mm de largeur et de longueur voisine de 10 mm. L'épaisseur L de la plaque de métal étirée étant au maximum de 80 mm. La figure 8 représente une autre réalisation dans laquelle les voies d'air sont constituées par des espaces libres entre un réseau de fibres parallèles 17 tissées ou flocquées perpendiculairement sur un support alvolaire 18. Ce support 18 peut être à cellules ouvertes ou un produit-composite de caractéristiques appropriées. L'épaisseur L des fibres est comprise entre 5 et 80 mm et l'épaisseur L' du support est inférieure ou égale à 20 mm. Pour toutes ces réalisations, l'orientation du dispositif par rapport à la direction de propagation des ondes a peu d'importance, ce qui veut dire que, dans une gaine par exemple, le dispositif peut être placé en paroi donc parallèle à l'écoulement, ou transversalement donc perpendiculaire à l'écoulement. Si les pertes de charge apportées par ce dispositif sont acceptables, il peut même être placé directement dans l'écoulement donc occuper toute la section de la gaine. Une extrémité de toutes les voies d'air constitue une surface active et le bon fonctionnement de ce dispositif s'explique par le fait que l'onde acoustique arrivant sur cette surface active y trouve une impédance adaptée à celle de l'air et ressort sur l'autre face en ayant dissipé une bonne partie de son énergie par frottement, ctest-à-dire en chaleur. Cette autre face, représentée par l'autre extrémité des voies d'air débouche soit dans une cavité fermée soit à l'air libre, mais elle peut aussi être recouverte d'une plaque tandis que la surface active peut être recouverte par un produit ayant une très bonne transparence acoustique tel qu'un tissu décoratif par exemple. La dimension de la cavité pourra être de 20 mm d'épaisseur par exemple. La distance entre deux surfaces de frottement, d ou e doit rester entre deux limites relativement proche 0,05 à 1 mm car, si celle-ci est trop grande, le frottement est insuffisant et l'onde sonore ressort de l'autre côté du panneau sans atténuation notable, et si celle-ci est trop faible, le frottement est trop important et il y a réflexion à la surface du produit. Ceci n'est vrai que si le taux de perforation est supérieur ou égal à 40%, et si celui-ci est trop faible, l'onde est réfléchie sur la surface active du produit malgré une bonne adaptation des voies d'air au frottement. La longueur des voies d'air, c'est-à-dire l'épaisseur du dispositif L sera déterminé en fonction de d ou e et ne devra pas dépasser 80 mm. En d'autre terme, plus d ou e diminue et plus l'épais- seur L est faible. Une augmentation du diamètre d doit entrainer une augmentation de l'épaisseur L. D'une manière générale, ces dispositifs selon l'invention permettent une excellente adaptation de l'onde sonore lors de sa péné tration, n'entrainant ni réflexion sur la surface apparente ni sur le fond. L'impédance caractéristique des dispositifs ainsi définis selon l'invention étant proche de celle de l'air, les pertes par réflexion sont négligeables et l'atténuation acoustique obtenue par frottement et viscosité de l'air dans les canaux et sur les parois entrainent un coefficient d'adsorption élevé des ondes sonores dans toute la gamme des fréquences audibles et plus particulièrement dans la gamme des basses et moyennes fréquences. Ces dispositifs peuvent être réalisés, par exemple, en acier, en alliage d'aluminium, en plastique, en carton bakélisé en fibres textiles naturelles ou artificielles, en fibres de verre orientées par floculation, en matériaux spéciaux microperforés linéairement par procédé chimique ou par laser par exemple Ces dispositifs selon l'invention peuvent également se présenter sous formes de briques ou de rouleaux et être disposés de telle sorte que la surface active soit dans la zone d'incidence des ondes acoustiques. Ces dispositifs selon l'invention peuvent également hêtre utilisés pour l'absorption des ondes acoustiques se propageant dans un milieu liquide tel que l'eau. REVENDICATIONS 1/ Dispositif destiné à absorber les ondes sonores, caractérisé en ce que la surface d'absorption est constituée par l'extrémité de voies d'air juxtaposées et indépendantes les unes des autres, cette extrémité de ces voies d'air débouchant à l'air libre dans ltécoulement. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre extrémité de ces voies d'air débouche dans une cavité fermée ou à l'air libre, ou cette autre extrémité est recouverte d'une plaque. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour un rapport de surface d'extrémité des voies d'air sur la surface totale du panneau supérieur ou égal à 40%, la distance entre deux surfaces de frottement de chaque voie d'air est inférieure à la couche limite et la longueur de chaque voie d'air est au maximum de 80 mm. 4/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que chaque voie d'air est constituée par une aiguille (1) creuse de diamètre (d) inférieur à la couche limite. 5/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles planes (2), la distance (e) entre deux feuilles (2) étant inférieure à la couche limite. 6/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les feuilles planes (2) sont séparées par des écarteurs soudés ou collés sur toute leur hauteur. 7/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles ondulées (3), toutes ces feuilles étant placées dans le même sens et la distance- (e) entre deux feuilles étant inférieure à la couche limite. 8/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les feuilles ondulées (3) sont séparées par des écarteurs soudés ou collés sur toute leur hauteur. 9/ Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les feuilles ondulées (3) sont séparées entre elles par des feuilles planes. 10/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caracté risé en ce que chaque voie d'air est constituée par un espace libre entre deux feuilles ondulées (3, 3a), ces feuilles étant placées alternativement en sens opposé et le diamètre réalisé par deux ondulations de sens opposé étant inférieur à la couche limite. 11/ Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les feuilles ondulées (3, 3a) sont séparées entre elles par des feuilles planes (6), le diamètre équivalent (d) étant inférieur à la couche limite. 12/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque voie d'air est un orifice (9) de diamètre (d) inférieur à la couche limite, chaque orifice étant réalisé dans un bloc constituant le dispositif. 13/ Dispositif selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque voie d'air est obtenue par étirage d'une plaque métallique qui a subie par emboutissage, et préalablement à l'étirage, une série de fentes (11) parallèles. 14/ Dispositif destiné à absorber les ondes sonores, caractérisé en ce que la surface d'absorption est constituée par l'extrémité de fibres (17) parallèles et orientées perpendiculairement à un support alvéolaire (18).