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"Dispositif de réglage de la distribution du son, y compris le temps de réverbération, dans un local"
L'invention concerne un dispositif pour régler la distribution du son, y compris le temps de reverbe- ration, dans un local, et comprenant une multiplicity d'éléments absorbant le son/reflechissant le son, que l'on peut monter par exemple dans les coins du local.
La demande de brevet suédois nO 8103345 décrit l'emploi de moyens absorbants diagonaux plans réglant la distribution du son, y compris le temps de rdver- ration dans un local. La réponse en fréquence n'est cependant pas complbtement satisfaisante parce qu'elle n'est pas suffisamment uniforme (voir figure 5b).
Suivant l'invention, chaque Element absorbant le son est conforme de façon telle qu'il soit de pre- ference situé dans des positions voisines d'un coin oü la vitesse des particules d'air est particulièrement élevée, en utilisant le fait que la vitesse des particules d'air est particulièrement élevée dans des ré- gions spécifiques.
De cette manière, on obtient une réponse en fréquence uniforme et par conséquent les possibilités de régler le temps de reverberation sont améliorées.
En outre, les elements suivant l'invention sont flexibles de manière telle que des solutions architecturales sont devenues possibles.
On décrira l'invention ci-après en se référant aux dessins joints au present mémoire, sur lesquels :
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- la figure 1 représente un absorbant diagonal ä placer dans un coin ; - la figure 2 représente Ek /Epot d'un champ sonore diffus dans un coin ; - la figure 3 représente des courbes d'isoabsorption (Ekin/Epot constant) avec des absorbants diagonaux et avec différents rapports d'une dimension ä la longueur d'onde ; - la figure 4 représente l'absorption en fonc-
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tion de la frdquence ; - la figure 5 représente l'absorption en fonction de la fréquence avec différentes formes de rdalisation de l'absorbant ; et
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- la figure 6 représente la resistance à l'écoulement en fonction de la densité.
A environ 100-300 Hz, des frequences depassantl'absorption du son a lieu dans l'absorbant diagonal de la figure 1 pendant le mouvement des particules d'air dans une matigere poreuse immobile. L'absorbant est situé dans un coin où les vitesses des particules d'air (voir figure 2) sont élevées.
La fréquence f1 pour laquelle l'absorption est maximale peut être déterminée en se basant sur des analyses théoriques du champ du son dans un coin, comme indiquée par
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où d est la profondeur de l'absorbant en mbtres, tandis que L et Q sont indiqués à 1a figure 1.
A des fréquences inférieures (50 - 200 Hz) et avec des absorbants diagonaux pour lesquels lest in- fdrieur à 2 mètres, l'absorption du son se produit sensiblement par le fait que la matibre de la feuille est amenée ä osciller à la fréquence de resonance et par le fait que l'energie est absorbée en consequence
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de la perte dans la matibre et de la perte le long des bords ou la matière est fixée. Lorsqu'on met en oeuvre des oscillations de résonance, les régions du champ du son comprenant de grandes variations de pression sont importantes.
Pour un absorbant diagonal plan ayant une faible résistance à la flexion comparativement ä la résistance de l'air confiné, la frdquence de resonance est
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où m est la masse de la matière de la feuille par unité de surface en kg/m2 et où # est la longueur en mbtres.
Le processus mentionné en premier lieu, à des frequen- ces élevées, fait intervenir des exigences spécifiques quant aux dimensions, quant ä la forme et quant ä la résistance ä roulement. Le second processus, à des fréquences basses, fait intervenir des exigences spe- cifiques quant aux dimensions et quant ä la masse par unité de surface.
L'absorption du son la plus grande possible est recherchée. dans un intervalle de fréquences de 100- 4000 Hz et l'absorption doit de préférence avoir lieu aussi uniformément que possible dans cet intervalle de fréquences.
Des expériences avec des absorbants diagonaux plans ont donne des résultats prometteurs lorsque
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1= 0, 90 et 0 = 300 on peut s'attendre à des rd- sultats encore meilleurs avec des formes de réalisation particulières, non planes (voir figure 5d). Inversement, des processus de fréquences non uniformes sont probables dans des formes de réalisation particulibrement désavantageuses. Des problemes se presentent aux frdquences basses si les dimensions sont trop petites.
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En outre, l'aire d'absorption que l'on peut obtenir dépend de l'aire superficielle de 1'absorbant.
Lorsque la fréquence de resonance fo doit être d'environ 100 Hz et si l'on suppose que t est de l'or- dre de 0, 90-1,80 m, on a les exigences suivantes quant à la masse par unite de surface
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puisque la masse par unité de surface doit être la plus élevée pour de petites valeur de #. Des expérien- ces ont montré que la résistance à l'écoulement doit être quelque peu plus élevée qu'en ce qui concerne des plaques de plafond suspendues traditionnellement, probablement environ: r = 2000 - 2500 Ns/m3. Ces valeurs dépendent de l'épaisseur h de la plaque ainsi que de parambtres de la matigere considérée, suivant la formule :
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qui peut être enregistrée sur un diagramme #-# comme une ligne (voir figure 6).
Ce dernier diagramme peut indiquer que le diamètre optimal des fibres est quelque peu plus petit que le diambtre des fibres de la laine de verre usuelle. En variante, on peut utiliser un revêtement augmentant de façon convenable la résis-
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tance à roulement.
Pour éviter que des signaux à haute fréquence soient réfléchis par une surface trop fortement comprimée, la résistance à l'écoulement spécifique ne doit pas être trop élevée. Les paramètres de la matigere
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devraient être choisis dans les intervalles suivants
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<tb>
<tb> :h <SEP> o <SEP> @
<tb> 20 <SEP> mm <SEP> 100 <SEP> kg/m3 <SEP> 125. <SEP> 103 <SEP> Ns/m4
<tb> 40 <SEP> mm <SEP> 50 <SEP> kg/m3 <SEP> 63. <SEP> 10'Ns/m4 <SEP>
<tb>
Les figures 5a - 5e montrent les caracteristi- ques de différenties formes de réalisation de l'ele- ment absorbant.
La figure 5a montre un élément d'absorption ovale donnant une réponse en fréquence très inégale puisque cette réponse en fréquence révèle un cran pour d/# - 0,7 correspondant au fait que la matibre d'absorption est située dans des positions où les oscillations sont les plus faibles. L'absorbant diagonal de la figure 5b présente aussi une réponse tres mddiocre puisque, dans tous les cas, seule une partie de l'absorbant est située au point où se prd- sentent les plus fortes oscillations. Une petite amélioration est obtenue en plaçant l'absorbant diagonal de manière 8symétrique avec un angle différent de 45 .
La figure 3 représente l'effet d'un tel absorbant sur le champ du son ä différenties fréquences. 11 apparaît que la réponse doit nécessairement montrer un cran (représenté a environ 500 Hz). La figure 5d représente une forme de réalisation idéale de l'element absorbant, cet élément étant situé dans des régions comprenant un champ du son particulièrement intense. La figure 5e représente l'element d'absorption d'une Variante de forme de réalisation asymétrique, c'est-à-dire une forme de réalisation asymétrique en forme de L.
La figure 6 représente les résistances à l'écoulement en fonction de la densité de divers types de matières.
Les elements absorbant le son peuvent, si on le
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veut, tre modifiés en réponse à une ou plusieurs valeurs de paramètres dans le local, facultativement de manibre telle qu'ils contrarient un changement possible des valeurs du paramètre en question.
Les éléments absorbant le son peuvent par exemple être utilisés dans une salle de concert et peuvent être réglés en réponse aux exigences particulibres d'un orchestre, concernant le temps de réverbération, etc., éventuellement au cours d'un concert.
Les absorbants sont situés en un ou plusieurs points du local où le long du bord du plafond. L'ab- sorbant de la figure 5e est de préférence situé le long du bord du plafond, éventuellement en association avec un sous-plafond perfore, perméable au son, affleurant l'absorbant et donnant un bon effet architectural.
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Lebende des figures Alafigure2 : Ekin/Epot signifie le rapport de l'énergie cinétique ä l'énergie potentielle.
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Aux figures 5a ä 5e Les valeurs indiquées par d/Xmarquent la :situation approximative des anomalies des courbes.
Sur les figures 5a, 5b, 5c: l'anomalie en question est un cran de la courbe.
Sur les figures 5d et 5e : l'anomalie est un maximum.
Ce maximum n'est que petit sur la figure 5e.
A la figure 6:
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<tb>
<tb> EP <SEP> signifie <SEP> épaisseur
<tb> LV <SEP> " <SEP> laine <SEP> de <SEP> verre
<tb> LM <SEP> " <SEP> laine <SEP> minérale
<tb> LMA <SEP> " <SEP> laine <SEP> minérale <SEP> (ancien <SEP> genre).
<tb>
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"Device for adjusting the distribution of sound, including reverberation time, in a room"
The invention relates to a device for regulating the distribution of sound, including the reverberation time, in a room, and comprising a multiplicity of sound absorbing / sound reflecting elements, which can be mounted for example in the corners of the room.
Swedish patent application no. 8103345 describes the use of planar diagonal absorbent means regulating the distribution of sound, including the time required to return to a room. The frequency response, however, is not completely satisfactory because it is not sufficiently uniform (see Figure 5b).
According to the invention, each sound absorbing element conforms so that it is preferably located in positions close to a corner where the speed of the air particles is particularly high, using the fact that the velocity of air particles is particularly high in specific regions.
In this way, a uniform frequency response is obtained and therefore the possibilities of adjusting the reverberation time are improved.
In addition, the elements according to the invention are flexible in such a way that architectural solutions have become possible.
The invention will be described below with reference to the drawings attached to this specification, in which:
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- Figure 1 shows a diagonal absorbent to be placed in a corner; - Figure 2 shows Ek / Epot of a diffuse sound field in a corner; FIG. 3 represents isoabsorption curves (constant Ekin / Epot) with diagonal absorbents and with different ratios from dimension to wavelength; - Figure 4 shows the absorption in function
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frequency; - Figure 5 shows the absorption as a function of the frequency with different forms of realization of the absorbent; and
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- Figure 6 shows the resistance to flow as a function of density.
At about 100-300 Hz, frequencies exceeding the sound absorption take place in the diagonal absorbent of Figure 1 during the movement of air particles in an immobile porous material. The absorbent is located in a corner where the velocities of the air particles (see Figure 2) are high.
The frequency f1 for which the absorption is maximum can be determined based on theoretical analyzes of the sound field in a corner, as indicated by
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where d is the depth of the absorbent in meters, while L and Q are shown in Figure 1.
At lower frequencies (50 - 200 Hz) and with diagonal absorbents for which it is less than 2 meters, sound absorption occurs appreciably by the fact that the sheet material is made to oscillate at the frequency of resonance and the fact that energy is absorbed accordingly
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loss in the material and loss along the edges where the material is fixed. When implementing resonance oscillations, the regions of the sound field comprising large pressure variations are important.
For a planar diagonal absorbent having a low flexural strength compared to the confined air resistance, the resonance frequency is
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where m is the mass of the sheet material per unit area in kg / m2 and where # is the length in meters.
The process first mentioned, at high frequencies, involves specific requirements as to dimensions, shape and rolling resistance. The second process, at low frequencies, involves specific requirements in terms of size and mass per unit area.
The greatest possible sound absorption is sought. in a frequency range of 100-4000 Hz and the absorption should preferably take place as uniformly as possible in this frequency range.
Experiments with planar diagonal absorbents have shown promising results when
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1 = 0, 90 and 0 = 300 we can expect even better results with particular, non-planar embodiments (see Figure 5d). Conversely, non-uniform frequency processes are likely in particularly disadvantageous embodiments. Problems arise at low frequencies if the dimensions are too small.
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Furthermore, the absorption area that can be obtained depends on the surface area of the absorbent.
When the resonance frequency fo must be around 100 Hz and if it is assumed that t is of the order of 0, 90-1.80 m, we have the following requirements as to the mass per unit of area
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since the mass per unit area must be the highest for small values of #. Experiments have shown that the resistance to flow must be somewhat higher than for traditionally suspended ceiling plates, probably about: r = 2000 - 2500 Ns / m3. These values depend on the thickness h of the plate as well as on the parameters of the material considered, according to the formula:
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which can be recorded on a # - # diagram as a line (see Figure 6).
This last diagram can indicate that the optimal diameter of the fibers is somewhat smaller than the diameter of the fibers of the usual glass wool. Alternatively, a coating which suitably increases the strength may be used.
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ball bearing.
To prevent high frequency signals from being reflected by a surface that is too strongly compressed, the specific flow resistance should not be too high. The parameters of the matigere
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should be chosen in the following intervals
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<tb>
<tb>: h <SEP> o <SEP> @
<tb> 20 <SEP> mm <SEP> 100 <SEP> kg / m3 <SEP> 125. <SEP> 103 <SEP> Ns / m4
<tb> 40 <SEP> mm <SEP> 50 <SEP> kg / m3 <SEP> 63. <SEP> 10'Ns / m4 <SEP>
<tb>
FIGS. 5a - 5e show the characteristics of different embodiments of the absorbent element.
Figure 5a shows an oval absorption element giving a very unequal frequency response since this frequency response reveals a notch for d / # - 0.7 corresponding to the fact that the absorption material is located in positions where the oscillations are the weakest. The diagonal absorbent in FIG. 5b also presents a very poor response since, in all cases, only part of the absorbent is located at the point where the strongest oscillations are present. A small improvement is obtained by placing the diagonal absorbent asymmetrically at an angle other than 45.
Figure 3 shows the effect of such an absorbent on the sound field at different frequencies. It appears that the response must necessarily show a notch (represented at around 500 Hz). FIG. 5d represents an ideal embodiment of the absorbent element, this element being located in regions comprising a particularly intense sound field. FIG. 5e represents the absorption element of a variant of an asymmetrical embodiment, that is to say an asymmetrical L-shaped embodiment.
Figure 6 shows the flow resistances as a function of the density of various types of materials.
Sound absorbing elements can, if
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wants to be modified in response to one or more values of parameters in the room, optionally in such a way that they prevent a possible change in the values of the parameter in question.
The sound absorbing elements can for example be used in a concert hall and can be adjusted in response to the particular requirements of an orchestra, regarding reverberation time, etc., possibly during a concert.
The absorbents are located at one or more points in the room or along the edge of the ceiling. The absorbent of FIG. 5e is preferably located along the edge of the ceiling, possibly in association with a perforated sub-ceiling, permeable to sound, flush with the absorbent and giving a good architectural effect.
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The legend of the figures Alafigure2: Ekin / Epot signifies the ratio of kinetic energy to potential energy.
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In Figures 5a to 5e The values indicated by d / X indicate the: approximate situation of the anomalies of the curves.
In FIGS. 5a, 5b, 5c: the anomaly in question is a notch in the curve.
In Figures 5d and 5e: the anomaly is a maximum.
This maximum is only small in Figure 5e.
In Figure 6:
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<tb>
<tb> EP <SEP> means <SEP> thickness
<tb> LV <SEP> "<SEP> wool <SEP> of <SEP> glass
<tb> LM <SEP> "<SEP> mineral wool <SEP>
<tb> LMA <SEP> "<SEP> mineral <SEP> wool <SEP> (old <SEP> kind).
<tb>