Brevet FR2696268A1 — publié le 19940401

Cavité résonante L'invention concerne une cavité résonante à fréquence de résonance variable, en vue de diminuer l'émission et l'immission de bruit de caractère périodique présentant une fréquence variable, en particulier pour diminuer le bruit d'un moteur à pistons. Par le DE-33 00 499 Ai, on connaît une cavité résonante de ce type, se présentant sous la forme d'un résonateur de Helmholtz, avec une fréquence de résonance variable, pouvant être adaptée à la fréquence de travail de la source de bruit, par l'intermédiaire d'une variation du volume de la cavité résonante Un tel résonateur nécessite cependant un grand espace de montage, ce qui est défavorable, espace de montage dont seulement une fraction plus ou moins petite peut être utilisée comme volume de cavité résonante, selon la fréquence de travail de la source sonore, d'autant que la fréquence de résonance ne varie qu'avec la racine du volume actif du résonateur, ce résonateur est sujet à des pannes mécaniques et présente surtout l'inconvénient que la possibilité de réglage de la fréquence est liée obligatoirement une dégradation de l'effet anti- bruit moyen et que la réduction de qualité élevée du bruit est obtenue, dans des limites de la plage de réglage, seulement pour une fréquence unique de travail, prédéterminée, liée de façon fixe à la construction. Le but de l'invention est de configurer une cavité résonante à fréquence variable du type cité au début, de manière à pouvoir obtenir, de manière simple, un effet anti-bruit élevé, distribué régulièrement sur l'ensemble de la plage de réglage de la résonance. Ce problème est résolu selon l'invention par le fait que le résonateur présente une impédance de flux réglable à titre de variable indépendante, en plus de la fréquence de résonance. Concernant la cavité résonante selon l'invention, la fréquence de résonance et l'impédance de flux respectives ne sont plus obligatoirement combinés ensemble selon une liaison mutuelle invariante, au contraire, on peut les régler dans de larges limites, indépendamment l'une de l'autre ou selon une fonction quelconque souhaitée, de manière que l'impédance de flux reste à une valeur très faible sur l'ensemble de la plage de réglage de la fréquence de résonance et qu'il soit de ce fait garanti, pour une fréquence de travail fluctuant, pour des sources de bruits périodiques, un effet anti- bruit élevé, réparti de façon régulière, de la cavité résonante. Selon un autre aspect de l'invention, se rapportant à un générateur de type Helmholtz, le réglage de la fréquence et de l'impédance peuvent s'opérer par l'intermédiaire du réglage de la longueur et de la section transversale du col de résonance, ce qui présente l'avantage constructif essentiel que l'ensemble du volume de montage est toujours exploité en totalité comme volume actif du résonateur, le résonateur présentant un contour extérieur fixe et les mécanismes de réglage sensibles étant situés à l'intérieur du résonateur, o ils sont protégés. Dans le cas d'un résonateur 1/4, le réglage de la fréquence et de l'impédance sont provoqués par le fait que celui-ci est configuré pour que l'on puisse modifier tant la longueur qu'également, indépendamment de ceci au moins par sections -, la section transversale. Comme déjà mentionné, l'impédance de flux est réglé à une valeur aussi faible que possible dans la plage de réglage de résonance, de manière appropriée, au moyen d'une relation fréquence/impédance de flux présélectionnés, intégrée dans la construction de la cavité résonante, selon une simplification supplémentaire de la construction. Selon un autre aspect essentiel de l'invention, le résonateur présente, à titre de variable indépendante supplémentaire, un amortissement propre modifiable, réduit au point de travail spécifique du résonateur, jusqu'à ce que ne subsiste qu'un léger amortissement résiduel, faisant que l'effet anti-bruit du résonateur, qui, comme on le sait, est inversement proportionnel à l'amortissement propre dans le cas de la résonance, puisse encore être augmenté nettement. Une disposition particulièrement simple du point de vue de la construction, pour opérer une compensation de l'amortissement du résonateur, consiste à ce qu'un dispositif de chauffage soit disposé dans la zone d'admission du résonateur, dispositif au moyen duquel le facteur de perte peut être diminué jusqu'à peu avant l'atteinte du point de réaction, pour lequel le système fonctionne selon le principe du résonateur de Pinaud ou de Rijke, en mode de résonance autonome Au choix, pour faire cesser l'amortissement propre, un tranchant, excité de façon analogue à un tuyau d'orgue par le passage de l'écoulement du milieu de travail, est disposé dans la zone d'admission du résonateur, faisant que l'on peut, d'une manière simple pour la construction et économisant de l'énergie, de nouveau diminuer le facteur de perte du résonateur, jusqu'à peu avant l'atteinte du point de réaction. Pour obtenir une adaptation automatique à la situation spécifique du bruit, le résonateur contient, de manière particulièrement préférée, un circuit de réglage avec des capteurs destinés à déterminer la fréquence sonore à amortir et à produire un signal de réglage destiné à opérer un réglage de rattrapage de manière correspondant à la fréquence de résonance et à l'impédance de flux, par l'intermédiaire du mécanisme de réglage du résonateur. On utilise comme capteur, de manière appropriée, des languettes résonantes, de caractéristiques différentes, disposées de manière appropriée à l'intérieur du résonateur, qui sont excitées par l'intermédiaire du bruit de corps ou du bruit dû à l'air La languette résonante indique la fréquence de travail de la source de bruit et son énergie vibratoire peut être exploitée pour la régulation du résonateur. Selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention, enfin, est prévue une éolienne destinée à produire un courant propre pour le réglage du résonateur, disposée dans la zone d'admission du résonateur, faisant qu'en cas de niveaux de bruit élevés, pour lesquels la vitesse du bruit dans le col de résonateur devient grande, atteignant une valeur "sensible", l'effet de redresseur du mouvement à alternance, effet se produisant à l'entrée et à la sortie du col de résonateur, du fait de la différence des directions d'écoulement, à l'entrée et à la sortie, est exploité en économisant de l'énergie. L'invention est expliquée à présent plus en détail à l'aide de plusieurs exemples de réalisations en liaison avec les dessins Dans la représentation fortement schématisée les figures la, lb représentent une cavité résonante réglable se présentant sous la forme d'un résonateur de Helmholtz, en deux positions de travail différentes; les figures 2 a, 2 b sont une représentation, correspondante à la figure 1, d'une autre forme de réalisation d'un résonateur de Helmholtz réglable; les figures 3 a, 3 b représentent un troisième exemple de réalisation d'un résonateur Helmholtz réglable; les figures 4 a, 4 b et 4 c représentent un quatrième exemples de réalisation d'un résonateur de Helmholtz réglable, dans deux positions de travail différentes (figures 4 a et 4 b), ainsi qu'en coupe (figure c); la figure 5 représente un résonateur avec un dispositif de chauffage dans la zone d'admission, en vue de diminuer l'amortissement propre; la figure 6 représente un résonateur avec un tranchant réglable dans la zone d'admission, pour- diminuer l'amortissement propre; la figure 7 représente un résonateur avec une éolienne placée dans la zone d'admission pour produire un courant propre; et les figures 8 a, 8 b représentent un résonateur X/4 réglable, dans deux positions de travail différentes. La figure 1 représente une cavité résonante réglable, se présentant sous la forme d'un résonateur Helmholtz 2, composé d'un corps de résonateur 4 avec un espace intérieur 6 rempli d'air Le col de résonateur est réglable, tant en longueur qu'également dans sa section transversale, au moyen d'un dispositif de réglage 10 disposé dans l'espace intérieur de résonateur 6, et est formé par un tuyau 12 flexible, subissant simultanément, en cas de modification de longueur, une modification de section transversale déterminée, la relation longueur/section transversale étant variable dans une large limite, du fait du comportement en élasticité choisi du tuyau 12 et étant prédéterminé, de manière que le résonateur 2 conserve une impédance de flux aussi basse que possible, indépendamment de la fréquence de résonance rajustée à la fréquence de travail de l'émetteur sonore, par l'intermédiaire du dispositif de réglage 10. Le résonateur de Helmholtz selon la figure 2, dans lequel les éléments de construction correspondant au premier exemple de réalisation sont caractérisés par un numéro de référence augmenté du chiffre 100, se distingue de celui-ci par une autre configuration du col de résonateur réglable 108 qui, dans ce cas, est limité au moyen d'un disque 114, déplaçable axialement au moyen du dispositif de réglage 110. En cas de variation de la distance entre le disque 114 et la paroi de corps 118 pourvue de l'ouverture de résonateur 116, il y a variation du volume d'air du col de résonateur 108 et, ainsi, de la fréquence de résonance du résonateur 102 et, simultanément, de l'aire de la section transversale, influençant l'impédance de flux, du col de résonateur 108. Par un choix correspondant du diamètre du disque et de sa forme, par exemple en choisissant une forme conique ou incurvée au lieu de la géométrie plane du disque représentée, on peut de nouveau choisir le comportement fréquence de résonance/impédance de flux du résonateur 102 dans de larges limites, de sorte que l'on obtient une impédance de flux faible, répartie de façon uniforme sur la totalité de la plage de réglage de résonance En plus, le résonateur 102 reçoit une série de languettes en tôle 120, dont les fréquences de résonance sont étagées L'excitation des languettes en tôle 120 s'effectue au moyen du son dû à l'air et au bruit de corps La fréquence de travail spécifique de la source de bruit est déterminée par l'intermédiaire de la languette en tôle 120 entrée en résonance et il est produit un signal de réglage qui provoque, par le dispositif de réglage 110, un rattrapage de régulation correspondant de la fréquence de résonance et de l'impédance de flux. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, dans lequel les différents éléments de construction sont caractérisés par un numéro de référence augmenté du chiffre 200, le col de résonateur 208 est composé d'un tube extérieur 222, fixe par rapport au corps et d'un tube intérieur 224 de même forme, susceptible de tourner, ayant chacun des extrémités chanfreinées et au moins dans la zone des extrémités chanfreinées des génératrices inclinées par rapport à l'axe de rotation, un peu incurvées de façon convergente Par une rotation du tube intérieur 224, entre la position finale représentée sur la figure 3 a et celle représentée sur la figure 3 b, on peut modifier la longueur du col de résonateur 208 et, ce faisant, la masse d'air en vibration du résonateur 202 On règle alors conjointement simultanément l'impédance de flux suivant une fonction pouvant être prédéterminée, qui est variable du fait de l'effilement des extrémités de tube, cette fonction étant à son tour choisie telle que le résonateur 202 présente dans la totalité de la plage de travail un effet anti-bruit élevé réparti de façon uniforme Concernant le positionnement en rotation du tube intérieur 224, il est prévu un moteur tournant 210, commandé au moyen d'un signal de réglage proportionnel à la fréquence de travail de la source de bruit. Dans le cas du résonateur de Helmholtz 302 de la figure 4, le col de résonateur 308 est composé de deux pièces profilées 326 et 328 en forme de U, déplaçables transversalement et s'engageant l'une dans l'autre, dont l'une 326 est fixe par rapport au corps et l'autre 328 est disposée réglable en hauteur au moyen du dispositif de réglage 310 Les joues latérales 330 de la pièce profilée 326 sont chanfreinées en direction de l'extrémité de sortie du col de résonateur 308, de sorte que dans le cas d'un réglage en hauteur de la pièce profilée 328, il y ait également une variation de la longueur active du col de résonateur 308, simultanément à la variation de la section transversale Du fait de l'allure présentée par le chanfrein, on peut également choisir une relation quelconque souhaitée longueur/section transversale du col de résonateur 308, de manière que le résonateur 302 présente un effet anti- bruit continu, réparti de façon uniforme sur une large plage de réglage de la fréquence de résonance Pour le reste, les modes de construction et de fonctionnement du résonateur 302 sont les mêmes que ceux des exemples de réalisation décrits ci-dessus. Selon la figure 5, une grille 432, pouvant être chauffée, se trouve dans le col de résonateur 408 On obtient le même effet si également l'on chauffe l'ensemble du col de résonateur 408 Selon le principe du tube de Pinaud ou du tube de Rijke, on obtient de ce fait une compensation de l'amortissement naturel du résonateur Plus l'amortissement résiduel subsistant est rendu faible, plus faible est la résistance efficace au flux On doit cependant conserver un faible amortissement résiduel, pour éviter une vibration autonome en résonance du résonateur. La figure 6 représente une autre possibilité d'influencer la résistance au flux et ainsi l'impédance de flux, par une variation de l'amortissement propre du résonateur Ici, dans la zone du col de résonateur 108 est disposé un tranchant 536 réglable au moyen d'un servomoteur 534 et provoquant, en cas d'utilisation du résonateur 502, par le passage de l'écoulement du milieu de travail, comme peut l'être le vent dû au déplacement, un gonflage et, de ce fait, une excitation du résonateur 502, excitation au moyen de laquelle l'amortissement propre du résonateur est de nouveau détruit de façon réglable, jusqu'à obtention d'un amortissement résiduel Pour le reste, le mode de construction et de fonctionnement des résonateurs 402 et 502 sont les mêmes que pour les exemples de réalisation des figures 1 et 2. La figure 7 représente un résonateur de Helmholtz 602, présentant à l'extrémité de sortie ou comme représenté à l'extrémité d'entrée du col de résonateur 108, une éolienne 638 Du fait de la différence de profil entre l'écoulement à l'entrée et à la sortie, il y a dans les zones d'extrémité du col de résonateur 608 un effet de redressement de l'écoulement, qui est exploité au moyen de l'éolienne 638 pour permettre une alimentation en énergie autarcique du résonateur 602, donc du dispositif de réglage 610 et du circuit de régulation associé. L'exemple de réalisation de la figure 8 concerne un résonateur 702 de type X/4, composé de tuyaux 740 flexibles enroulés en spiral Une première extrémité du tuyau est ouverte et forme le col de résonateur 708, l'autre extrémité est fermée et est fixée sur un tambour 742 entraîné en rotation au moyen du dispositif de réglage 710 Par la rotation du tambour 742 se produit une variation de la longueur et de la section transversale des tuyaux 740. Indépendamment de cela l'aire de la section transversale peut être modifiée par le vrillage des tuyaux 740, opéré au moyen d'un deuxième dispositif de réglage, et, ainsi, de nouveau, on peut régler une relation fréquence de résonance et impédance souhaitée du résonateur 702, de manière analogue aux exemples de réalisation décrit ci-dessus. REVEND ICAT IONS 1 Cavité résonnante à fréquence de résonance variable, caractérisé en ce que le résonateur ( 2, 102, 202, 302, 402, 502, 602, 702) présente une impédance de flux réglable à titre de variable indépendante, en plus de la fréquence de résonance. 2 Cavité résonnante selon la revendication 1, se présentant sous la forme d'un résonateur de Helmholtz, caractérisé en ce que le résonateur ( 2, 102, 202, 302) présente un col de résonateur ( 8, 108, 208, 308), dont tant la longueur que l'aire de la section transversale sont réglables. 3 Cavité résonnante selon la revendication 1, se présentant sous la forme d'un résonateur X/4, caractérisé en ce que tant la longueur qu'également simultanément la section transversale du résonateur ( 702) peuvent être réglés. 4 Cavité résonnante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence de résonance et l'impédance de flux sont modifiables simultanément selon une fonction présélectionnée. 5 Cavité résonnante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le résonateur ( 402, 502) présente un amortissement propre modifiable à titre de variable indépendante. 6 Cavité résonnante selon la revendication 5, caractérisé en ce que un dispositif de chauffage ( 432) est disposé dans la zone d'admission du résonateur ( 402) en vue de diminuer l'amortissement propre. 7 Cavité résonnante selon la revendication 5, caractérisé en ce que, en vue de diminuer l'amortissement propre, un tranchant ( 536), excité par le passage de l'écoulement du milieu de travail, est disposé dans la zone d'admission du résonateur ( 502). 8 Cavité résonnante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par des capteurs destinés à déterminer la fréquence sonore à amortir et à produire un signal de réglage assurant la régulation d'adaptation correspondant à la fréquence de résonance et l'impédance de flux. 9 Cavité résonnante selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on utilise comme capteur des languettes de résonance ( 120), disposées à l'intérieur ( 106) du résonateur et réagissant à différentes fréquences de travail. Cavité résonnante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'est prévu une éolienne ( 638), disposée dans la zone d'admission du résonateur ( 602) et destinée à l'alimentation en énergie du réglage du résonateur.