EP0740287A1 - Matériau absorbant les ondes sonores, notamment en acoustique sous-marine - Google Patents

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EP0740287A1
EP0740287A1 EP96400782A EP96400782A EP0740287A1 EP 0740287 A1 EP0740287 A1 EP 0740287A1 EP 96400782 A EP96400782 A EP 96400782A EP 96400782 A EP96400782 A EP 96400782A EP 0740287 A1 EP0740287 A1 EP 0740287A1
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EP
European Patent Office
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panel
rods
metal rods
khz
acoustic waves
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Withdrawn
Application number
EP96400782A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Audoly
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
Original Assignee
Direction General pour lArmement DGA
Etat Francais
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • G10K11/165—Particles in a matrix

Definitions

  • the invention relates to a material for absorbing sound waves and reducing sound echo when placed on a structure excited by an external sound wave, in particular for underwater applications.
  • An acoustic material is characterized by an input impedance which has for value the product of the density of the material by the speed of the sound.
  • the effectiveness of an acoustic material absorbing sound waves is evaluated by its reflection coefficient, which must be as low as possible and which is defined as the ratio of the reflected pressure to the incident pressure, when a layer of such material is placed on a stationary support.
  • the materials making it possible to strongly attenuate the sound waves must have on the one hand an attenuation of longitudinal celerity ⁇ L high, on the other hand the real part of longitudinal celerity C ' L and a density close to those of the water of sea for underwater applications.
  • Sound wave absorbing coatings consist of an elastomeric matrix in which micro-inclusions of air and possibly mineral fillers are randomly dispersed.
  • the non-attenuated longitudinal waves are converted into attenuated transverse waves which dissipate energy and give the material anechoic properties.
  • Alberich type cellular materials having an elastomer layer in which air cavities are molded.
  • the choice of elastomer and the size of the cavities depends on the frequency band chosen.
  • Patent FR 2656718 describes sound absorbers intended to be immersed in the sea, constituted by honeycomb structures, bearing at one end on a support on which they are fixed and whose other end closed by a membrane is in contact with the incident acoustic wave.
  • the interior of the honeycomb cells is filled with a viscoelastic fluid which absorbs acoustic energy by mechanical dissipation.
  • This absorber is not very sensitive to immersion pressure. but its integration on an underwater vehicle hull is not easy because of the presence of rigid cells filled with fluid.
  • the object of the invention is to propose a device absorbing sound waves in underwater acoustics, not sensitive to immersion pressure and which can be easily integrated on a hull of an underwater vehicle.
  • the subject of the invention is a material absorbing sound waves comprising a viscoelastic matrix in which rods are distributed.
  • the material according to the invention does not contain air and its acoustic properties are independent of the hydrostatic pressure.
  • the stems can be distributed randomly or periodically.
  • the rods are made of metal.
  • the material according to the invention is placed in the form of a panel 1 on a rigid support 2. It makes it possible to reduce the amplitude of the reflected sound wave 4, when the support coated with a material according to the invention is subjected to an incident sound wave 3.
  • FIG. 2 shows the panel 1 produced in a matrix of viscoelastic material 5, in which metal rods 6 are distributed randomly.
  • the rods are preferably placed with their axis parallel to the plane defined by the faces of the panel.
  • a panel according to the invention is produced by pouring a layer of viscoelastic material such as a resin of the polyurethane type Hexcel UR 267 of thickness 40 mm and lateral dimensions 900 mm by 900 mm, on steel rods of length 20 mm and 2 mm in diameter, so that the number of trapped air bubbles is minimized.
  • the volume of the rods represents 7.3% of the total volume of the panel.
  • Such a panel has a reflection coefficient of the order of -15 decibels at atmospheric pressure and of the order of -10 decibels at 40 bars or under an immersion of 400 meters, and this from 20 kHz. These same performances are obtained for frequencies below 20 kHz but with a layer of material thicker than 50 mm.
  • the rods are distributed periodically and form a network.
  • the metal rods can be replaced by mineral or synthetic fibers.
  • a material according to the invention can be placed on surfaces near a sonar antenna to reduce parasitic echoes. In the same way, it protects the sonar antenna from disturbing noise from the carrier ship.

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  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

L'invention concerne un matériau absorbant les ondes sonores, notamment pour des applications sous-marines, comprenant une matrice viscoélastique dans laquelle sont réparties des tiges. Les tiges sont réparties aléatoirement ou périodiquement. Elles sont en métal. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne un matériau permettant d'absorber les ondes sonores et de réduire l'écho sonore lorsqu'il est placé sur une structure excitée par une onde sonore extérieure, notamment pour des applications sous-marines.
  • Un matériau acoustique est caractérisé par une impédance d'entrée qui a pour valeur le produit de la masse volumique du matériau par la célérité du son.
  • L'efficacité d'un matériau acoustique absorbant les ondes sonores est évaluée par son coefficient de réflexion, qui doit être le plus faible possible et qui est défini comme le rapport de la pression réfléchie sur la pression incidente, lorsqu'une couche d'un tel matériau est placée sur un support immobile.
  • En fait, les propriétés acoustiques d'un matériau sont caractérisées par trois paramètres : masse volumique de ce matériau, la célérité longitudinale complexe des ondes acoustiques de formule CL = C'L (1+i ηL), la célérité transversale des ondes acoustiques de formule CT= C'T(1+i ηT), où C'L et C'T représentent les parties réelles respectives de CL et CT et où ηL et ηT représentent les atténuations respectives de CL et CT.
  • Les matériaux permettant d'atténuer fortement les ondes sonores doivent posséder d'une part une atténuation de célérité longitudinale ηL élevée, d'autre part la partie réelle de célérité longitudinale C'L et une masse volumique proches de celles de l'eau de mer pour les applications sous-marines.
  • On connait des revêtements absorbant les ondes sonores consistant en une matrice élastomère dans laquelle sont dispersées aléatoirement des micro-inclusions d'air et éventuellement des charges minérales.Dans ce type de matériau, les ondes longitudinales non atténuées sont converties en ondes transversales atténuées qui dissipent de l'énergie et confèrent au matériau des propriétés anéchoïques.
  • On connait aussi des matériaux alvéolaires dits "du type Alberich" présentant une couche d'élastomère dans laquelle sont moulées des cavités d'air.Le choix de l'élastomère et de la taille des cavités dépend de la bande de fréquences choisie.
  • Ces deux types de revêtements utilisables en acoustique sous-marine présentent cependant deux inconvénients : leurs performances acoustiques dépendent fortement de l'immersion d'une part et d'autre part, leur compressibilité volumique assez élevée sous pression hydrostatique est pénalisante pour l'intégration d'une grande quantité de matériau sur la coque d'un engin sous-marin.
  • Le brevet FR 2656718 décrit des absorbeurs acoustiques destinés à être immergés dans la mer, constitués par des structures en nids d'abeilles, prenant appui à une extrémité sur un support sur lequel elles sont fixées et dont l'autre extrémité fermée par une membrane est en contact avec l'onde acoustique incidente.L'intérieur des alvéoles des nids d'abeilles est rempli d'un fluide viscoélastique qui permet d'absorber l'énergie acoustique par dissipation mécanique.Cet absorbeur est peu sensible à la pression d'immersion mais son intégration sur une coque d'engin sous-marin est peu aisée en raison de la présence d'alvéoles rigides remplies de fluide.
  • L'invention a pour but de proposer un dispositif absorbant les ondes sonores en acoustique sous-marine, non sensible à la pression d'immersion et pouvant être facilement intégré sur une coque d'engin sous-marin.
  • L'invention a pour objet un matériau absorbant les ondes sonores comprenant une matrice viscoélastique dans laquelle sont réparties des tiges.
  • Contrairement aux matériaux utilisés classiquement, le matériau selon l'invention ne contient pas d'air et ses propriétés acoustiques sont indépendantes de la pression hydrostatique.
  • Du fait de la présence des tiges, son coefficient de compressibilité statique est faible.L'intégration du matériau sur des véhicules sous-marins est facile et il n'est pas nécessaire de compenser la variation volumique du matériau avec l'immersion par des ballasts.
  • Les tiges peuvent être réparties aléatoirement ou périodiquement.
  • De préférence, les tiges sont en métal.
  • D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre illustratif et non limitatif et des figures annexées parmi lesquelles :
    • la figure 1 représente un panneau constitué d'un matériau absorbant les ondes sonores placé sur un support rigide;
    • la figure 2 représente une vue de face d'un panneau selon un premier mode de réalisation de l'invention;
    • la figure 3 représente une vue de face d'un panneau selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
  • Sur la figure 1, le matériau selon l'invention est placé sous forme d'un panneau 1 sur un support rigide 2. Il permet de réduire l'amplitude de l'onde sonore réfléchie 4, lorsque le support revêtu d'un matériau selon l'invention est soumis à une onde sonore incidente 3.
  • La figure 2 montre le panneau 1 réalisé dans une matrice en matériau viscoélastique 5, dans laquelle des tiges métalliques 6 sont réparties de façon aléatoire.Les tiges sont placées préférentiellement avec leur axe parallèle au plan défini par les faces du panneau.
  • L'intégration de tiges métalliques raidit latéralement le matériau viscoélastique, ce qui modifie ses propriétés dynamiques et permet la conversion des ondes sonores longitudinales en ondes transversales.Le coefficient d'atténuation des ondes longitudinales s'en trouve notablement augmenté.
  • Un panneau selon l'invention est réalisé par coulage d'une couche de matériau viscoélastique telle une résine du type polyuréthanne Hexcel UR 267 d'épaisseur 40 mm et de dimensions latérales 900 mm sur 900 mm, sur des tiges en acier de longueur 20 mm et de diamètre 2 mm, de telle manière que le nombre de bulles d'air emprisonnées soit minimisé.Le volume des tiges représente 7,3 % du volume total du panneau.
  • Un tel panneau présente un coefficient de réflexion de l'ordre de -15 décibels à pression atmosphérique et de l'ordre de -10 décibels à 40 bars ou sous une immersion de 400 mètres, et ce à partir de 20 kHz. Ces mêmes performances sont obtenues pour des fréquences inférieures à 20kHz mais avec une couche de matériau d'épaisseur supérieure à 50 mm.
  • Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, les tiges sont réparties périodiquement et forment un réseau.
  • Dans une variante de réalisation, les tiges métalliques peuvent être remplacées par des fibres minérales ou synthétiques.
  • Un matériau selon l'invention peut être placé sur des surfaces à proximité d'une antenne sonar pour diminuer les échos parasites. Il protège de la même manière l'antenne sonar vis à vis de bruits perturbateurs provenant du navire porteur.

Claims (4)

  1. Matériau absorbant les ondes sonores, notamment pour des applications sous-marines, comprenant une matrice viscoélastique dans laquelle sont réparties des tiges.
  2. Matériau absorbant les ondes sonores selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges sont réparties aléatoirement.
  3. Matériau absorbant les ondes sonores selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tiges sont réparties périodiquement.
  4. Matériau absorbant les ondes sonores selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tiges sont en métal.
EP96400782A 1995-04-27 1996-04-11 Matériau absorbant les ondes sonores, notamment en acoustique sous-marine Withdrawn EP0740287A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9505050 1995-04-27
FR9505050A FR2733620B1 (fr) 1995-04-27 1995-04-27 Materiau absorbant les ondes sonores, notamment en acoustique sous-marine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0740287A1 true EP0740287A1 (fr) 1996-10-30

Family

ID=9478493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP96400782A Withdrawn EP0740287A1 (fr) 1995-04-27 1996-04-11 Matériau absorbant les ondes sonores, notamment en acoustique sous-marine

Country Status (4)

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US (1) US5803009A (fr)
EP (1) EP0740287A1 (fr)
FR (1) FR2733620B1 (fr)
NO (1) NO961690L (fr)

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Also Published As

Publication number Publication date
NO961690L (no) 1996-10-28
FR2733620A1 (fr) 1996-10-31
US5803009A (en) 1998-09-08
NO961690D0 (no) 1996-04-26
FR2733620B1 (fr) 1997-06-20

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