FR2488710A1 - Sound absorber with resonator - has parallel tubes fitting in perforated plate and including resonating volume - Google Patents
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Abstract
Description
Pour reduire les bruits dans un local et améliorer le temps de réverbération, il est connu d'utiliser des matériaux acoustiquement absorbants, comportant des résonateurs. To reduce the noise in a room and improve the reverberation time, it is known to use acoustically absorbent materials, including resonators.
Par définition un résonateur est toujours formé d'un volume clos V debouchant vers l'extérieur par un conduit de section et de longueur détermines. L'air compris dans le conduit d'entrée, ou col, agit comme une masse; l'air compris dans le volume agit comme un ressort. On a donc classiquement un système accordé du type "masse + ressort" qui possède une fréquence dite de résonance (fO)
En pratique le col d'un résonateur d'un dispositif absorbeur est défini par des trous de diamètre D, formés dans un panneau, à travers lesquels le volume d'air V du résonateur communique avec le milieu extérieur.Dans ces conditions la fréquence fn est la suivante
où N est le nombre de trous et G la longueur corrigée du col du résonateur, donnée par
G = - TV D2
4 (1+0,8 D)
Dans les dispositifs connus, les résonateurs utilisés pour absorber les bruits n'ont pratiquement qu'une seule résonance. L'adjonction à l'intérieur des résonateurs d'un matériau poreux assure un étalement en fréquence mais ne permet d'obtenir qu'une absorption peu sélective.By definition, a resonator is always formed of a closed volume V opening outwards through a duct of definite section and length. The air in the inlet duct, or neck, acts as a mass; the air included in the volume acts as a spring. We therefore conventionally have a tuned system of the "mass + spring" type which has a so-called resonance frequency (fO)
In practice, the neck of a resonator of an absorber device is defined by holes of diameter D, formed in a panel, through which the volume of air V of the resonator communicates with the external medium.In these conditions the frequency fn is the following
where N is the number of holes and G the corrected length of the resonator neck, given by
G = - TV D2
4 (1 + 0.8 D)
In known devices, the resonators used to absorb the noise have practically only one resonance. The addition to the interior of the resonators of a porous material provides a frequency spread but only allows a low selective absorption.
Le but de la présente invention est de rémédier à l'insuffisance des propriétés absorbantes des dispositifs connus et de réaliser un dispositif absorbeur permettant une bonne sélectivité et capable d'être adapté à des situations diverses, éventuellement changeantes. The object of the present invention is to remedy the insufficiency of the absorbing properties of known devices and to provide an absorber device allowing good selectivity and capable of being adapted to various situations, possibly changing.
A cet effet l'invention a pour objet un dispositif d'absorption acoustique muni de résonateurs comportant une plaque à trous et des volumes d'air, caractérisé en ce que les résonateurs sont disposés côte à côte et comprennent chacun un élément tubulaire fermé à une ex trémité et ayant à son autre extrémité une ouverture dont le bord est appliqué au contact de l'une des faces d'une plaque, dans laquelle le contour de l'ouverture de l'élé- ment tubulaire délimite une zone perforée comportant au moins un trou, et en ce que sur le contour de la plaque est fixée ou formée une lèvre qui s'étend à partir de l'autre face de la plaque, du côté opposé aux éléments tubulaires, et a en~section transversale un profil courbe dont la convexité esttournée vers l'intérieur
Les résonateurs du dispositif peuvent être accordés sur une même fréquence, auquel cas, si l'on veut obtenir dans un local une absorption à large spectre, il est nécessaire de prévoir d'autres dispositifs absorbeurs qui ont chacun des résonateurs accordés sur une autre fréquence.La mise en oeuvre la plus rationnelle du dispositif absorbeur suivant l'invention consiste toutefois à choisir les paramètres que sont le nombre d'éléments tubulaires, la longueur de chacun de ces éléments et le nombre de trous des zones perforées de la plaque asso ciées aux éléments tubulaires respectifs pour que chaque résonateur ait une bande passante différente et que l'ensemble de ces bandes passantes couvre le large spectre qu'il est souhaitable d'obtenir pour produire le confort acoustique optimal.For this purpose the invention relates to an acoustic absorption device provided with resonators comprising a perforated plate and air volumes, characterized in that the resonators are arranged side by side and each comprise a tubular element closed to a end and having at its other end an opening whose edge is applied in contact with one of the faces of a plate, in which the contour of the opening of the tubular element delimits a perforated zone comprising at least a hole, and in that on the contour of the plate is fixed or formed a lip which extends from the other side of the plate, the opposite side to the tubular elements, and has in ~ cross-section a curved profile whose convexity is turned inwards
The resonators of the device can be tuned on the same frequency, in which case, if it is desired to obtain a broad spectrum absorption in a room, it is necessary to provide other absorber devices which each have resonators tuned to another frequency. The most rational implementation of the absorber device according to the invention consists, however, in choosing the parameters which are the number of tubular elements, the length of each of these elements and the number of holes of the perforated zones of the plate associated with each other. to the respective tubular elements so that each resonator has a different bandwidth and that all of these bandwidths covers the broad spectrum that is desirable to obtain to produce the optimal acoustic comfort.
Dans tous les cas la lèvre de contour de la plaque à trous, qui de préférence a en section un profil exponentiel, constitue un capteur divergent, par l'effet duquel la captation du front d'onde acoustique est faite dans des conditions optimales car il n'y a pas de rupture d'impédance entre les deux milieux, l'un considéré comme infini (l'espace-extérieur) l'autre considéré comme fini (le volume d'air des résonateurs). In all cases, the contour lip of the perforated plate, which preferably has an exponential profile in section, constitutes a divergent sensor, by virtue of which the acoustic wave front pickup is made under optimal conditions because it there is no impedance break between the two mediums, one considered as infinite (the outer space) and the other considered as finite (the volume of air of the resonators).
La plaque à trous est avantageusement de forme circulaire, auquel cas la lèvre de contour, formant capteur, constitue une couronne continue. The perforated plate is advantageously of circular shape, in which case the contour lip, forming a sensor, constitutes a continuous ring.
Les éléments tubulaires d'un dispositif absorbeurs peuvent avoir une forme cylindrique et être disposes parallèlement les uns aux autres, l'ouverture de chaque élément tubulaire étant alors constituée par la section terminale de l'élément qui est opposée à l'extrémité fermé. Le dispositif ainsi agencé peut être monté à l'intérieur d'une cavité ménagée par exemple dans la sous-face d'une dalle de plancher, le bord extrême de la lèvre de contour affleurant alors la face de la dalle. The tubular elements of an absorber device may have a cylindrical shape and be arranged parallel to each other, the opening of each tubular element then being constituted by the end section of the element which is opposite to the closed end. The device thus arranged can be mounted inside a cavity formed for example in the underside of a floor slab, the extreme edge of the contour lip then flush with the face of the slab.
Le dispositif absorbeur à éléments tubulaires pa rallèles peut être complété par une enveloppe cylindrique ou prismatique,-entourant le groupe d'éléments et soli darisée avec la plaque à trous et avec le capteur, de manière à constituer un appareil autonome, d'un transport facile, pouvant être par exemple suspendu à un plafond ou fixé à une cloison ou à un mur. L'enveloppe cylindrique ou prismatique peut être garnie intérieurement d'un matériau absorbant, tel que de la laine minérale, dont l'effet est d'élargir vers le haut du spectre des fréquences (f < 10 000 Hz) la capacité d'absorption du dispositif, l'enveloppe étant,à cet effet, perforée. The absorber device with parallel tubular elements can be completed by a cylindrical or prismatic envelope, around the group of elements and soli darisée with the plate with holes and with the sensor, so as to constitute an autonomous device, a transport easy, for example hanging from a ceiling or attached to a partition or a wall. The cylindrical or prismatic envelope may be lined internally with an absorbent material, such as mineral wool, the effect of which is to widen up the frequency spectrum (f <10 000 Hz) the absorption capacity of the device, the envelope being, for this purpose, perforated.
Il est également possible de donner aux éléments tubulaires une forme prismatique, par exemple à section carrée, et de disposer l'ensemble des éléments dans un même plan parallèle à la plaque à trous, auquel cas l'ou- verture de communication avec la zone perforée associée de la plaque est pratiquée dans une face latérale plane de l'élément tubulaire, qui est appliquée contre la plaque, les deux sections terminales des éléments tubulaires étant alors fermées. It is also possible to give the tubular elements a prismatic shape, for example with a square section, and to arrange all the elements in a same plane parallel to the perforated plate, in which case the opening of communication with the zone The associated perforated plate is formed in a planar lateral face of the tubular element, which is applied against the plate, the two end sections of the tubular elements then being closed.
Une disposition avantageuse consiste à prévoir un assemblage tel des constituants du dispositif qu'il soit possible de démonter facilement les éléments qui déterminent la fréquence de résonance des résonateurs, à savoir la plaque à trous et les éléments tubulaires. Ceci permet d'adapter le dispositif à des situations variables. Ainsi, si par accident un montage de résonateurs ne correspond pas au bruit à combattre, ou à l'inverse si le bruit a changé entre temps, on peut modifier le comportement du résonateur par le changement d'une ou plusieurs pièces. An advantageous arrangement consists in providing an assembly such as the components of the device that it is possible to easily dismount the elements that determine the resonant frequency of the resonators, namely the perforated plate and the tubular elements. This makes it possible to adapt the device to variable situations. Thus, if by accident a resonator assembly does not correspond to the noise to be fought, or conversely if the noise has changed in the meantime, the behavior of the resonator can be modified by changing one or more pieces.
Cette possibilité constitue un avantage par rapport aux résonateurs connus, figés dans leur structure.This possibility is an advantage over known resonators, fixed in their structure.
La plaque à trous peut avoir une forme non circulaire, par exemple rectangulaire ou carrée. The perforated plate may have a non-circular shape, for example rectangular or square.
L'invention sera explicitée au cours de la description qui va suivre, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels
- la fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un absorbeur comportant des résonateurs tubulaires parallèles;
- la fig. 2 est une vue de face de l'absorbeur;
- la fig. 3 est une vue en coupe d'une dalle de plancher dans laquelle un absorbeur a été incorporé;
- la fig. 4 est une vue en perspective partielle d'un absorbeur dont les résonateurs sont constitués par des tubes disposés dans un même plan;
- la fig. 5 est une vue en coupe axiale de l'absorbeur de la figure 4;
- la fig. 6 est une vue en coupe verticale d'un mur, dans chaque face duquel est intégré un absorbeur suivant les figures 4 et 5;;
- la fig. 7 est une yue schématique de la couronne, formant capteur, des absorbeurs des figures 1 et 4 illus trant la définition mathématique de sa courbure transversale.The invention will be explained in the course of the description which follows, with reference to the appended drawings, in which
- fig. 1 is an axial sectional view of an absorber comprising parallel tubular resonators;
- fig. 2 is a front view of the absorber;
- fig. 3 is a sectional view of a floor slab into which an absorber has been incorporated;
- fig. 4 is a partial perspective view of an absorber whose resonators are constituted by tubes arranged in the same plane;
- fig. 5 is an axial sectional view of the absorber of FIG. 4;
- fig. 6 is a vertical sectional view of a wall, in each face of which is integrated an absorber according to Figures 4 and 5;
- fig. 7 is a diagrammatic view of the crown, forming a sensor, of the absorbers of FIGS. 1 and 4 illustrating the mathematical definition of its transverse curvature.
Le dispositif absorbeur de sons représenté aux figures 1 et 2 constitue un appareil autonome, comprenant une plaque circulaire 1 sur la face arrière 4 de laquelle sont fixés,par leur extrémité ouverte 2, sept tubes cylindriques A1 à A7 dont l'extrémité 3, opposée à la plaque 1, est fermée. The sound absorbing device represented in FIGS. 1 and 2 constitutes an autonomous apparatus, comprising a circular plate 1 on the rear face 4 of which are fixed, by their open end 2, seven cylindrical tubes A1 to A7 whose opposite end 3 at plate 1, is closed.
Ces tubes sont contenus à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique 6 dans laquelle sont formées des perforations 7, et qui est fixée par son extrémité avant 8 sur la plaque 1. Concentriquement à la plaque 1 et à l'enveloppe 6 est fixée sur ces dernières une couronne 9, de forme générale divergente, définie par une lèvre 11 s'étendant à partir de la face avant 12 de la plaque 1, dont le profil en section est défini par une courbe exponentielle ayant sa convexité tournée vers l'axe XX de l'appareil. These tubes are contained inside a cylindrical envelope 6 in which perforations 7 are formed, and which is fixed by its front end 8 to the plate 1. Concentricly to the plate 1 and to the envelope 6 is fixed on the latter a crown 9, of divergent general shape, defined by a lip 11 extending from the front face 12 of the plate 1, whose sectional profile is defined by an exponential curve having its convexity turned towards the axis XX of the device.
Dans l'exemple représenté à la figure 1, la lèvre 11, l'enveloppe 6 et le bord périphérique coudé 2a de la plaque 1 sont assemblés par sertissage. In the example shown in Figure 1, the lip 11, the casing 6 and the bent peripheral edge 2a of the plate 1 are assembled by crimping.
La fonction de résonateur des tubes A1 à A7 est assumée par le fait que la section terminale de chaque tube se trouve en regard d'une zone perforée de la plaque 1, B1 à B7, comportant chacune un ou plusieurs trous 13. Le nombre de trous et la longueur des tubes sont choisis de telle sorte que chaque résonateur ait une fré- quence de résonance différente.Les valeurs correspondantes sont, par exemple, celles qui apparaissent sur le tableau ci-dessous
<tb> Tube <SEP> Longueur <SEP> des <SEP> tubes <SEP> Nombre <SEP> de <SEP> Fréquence
<tb> <SEP> (diamètre <SEP> égal <SEP> à <SEP> trous <SEP> de
<tb> <SEP> 0,04 <SEP> m) <SEP> résonance
<tb> Ai <SEP> 0,21 <SEP> m <SEP> 1 <SEP> 280 <SEP> Hz
<tb> A2 <SEP> 0,21 <SEP> m <SEP> 2 <SEP> 430 <SEP> Hz <SEP>
<tb> A3 <SEP> 0,21 <SEP> m <SEP> 4 <SEP> 600 <SEP> Hz
<tb> A4 <SEP> 0,21 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 850 <SEP> Hz
<tb> A5 <SEP> 0,10 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 1200 <SEP> Hz
<tb> A6 <SEP> 0,05 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 1700 <SEP> Hz
<tb> A7 <SEP> 0,03 <SEP> m <SEP> | <SEP> 8 <SEP> 2300 <SEP> Hz
<tb>
On peut obtenir ainsi un- ensemble de bandes passantes qui, juxtaposées r forment un large spectre de fréquence assurant une large absorption des bruits et, par-conséquent, un confort acoustique satisfaisant.<tb> Tube <SEP> Length <SEP> of <SEP> tubes <SEP> Number <SEP> of <SEP> Frequency
<tb><SEP> (diameter <SEP> equal <SEP> to <SEP> holes <SEP> of
<tb><SEP> 0.04 <SEP> m) <SEP> resonance
<tb> Ai <SEP> 0.21 <SEP> m <SEP> 1 <SEP> 280 <SEP> Hz
<tb> A2 <SEP> 0.21 <SEP> m <SEP> 2 <SEP> 430 <SEP> Hz <SEP>
<tb> A3 <SEP> 0.21 <SEP> m <SEP> 4 <SEP> 600 <SEP> Hz
<tb> A4 <SEP> 0.21 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 850 <SEP> Hz
<tb> A5 <SEP> 0.10 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 1200 <SEP> Hz
<tb> A6 <SEP> 0.05 <SEP> m <SEP> 8 <SEP> 1700 <SEP> Hz
<tb> A7 <SEP> 0.03 <SEP> m <SEP> | <SEP> 8 <SEP> 2300 <SEP> Hz
<Tb>
Thus, a set of bandwidths which, juxtaposed, form a broad frequency spectrum ensuring a wide absorption of noise and, consequently, satisfactory acoustic comfort.
Dans l'exemple représenté, chaque tube A1 à A7 est fixé sur la face -4 de la plaque 1 par un boulonnage à travers une collerette radiale 16. In the example shown, each tube A1 to A7 is fixed on the face -4 of the plate 1 by bolting through a radial flange 16.
L'enveloppe cylindrique 6 est munie intérieurement d'un revêtement 17 en matériau absorbant, par exemple en laine minérale, et a pour effet d'élargir vers le haut le spectre des fréquences. L'appareil de la figure 1 peut être complété par un couvercle, non repré senté, coiffant l'extrémité ouverte 18 de l'enveloppe 6 et muni éventuellement de moyens facilitant la préhen sinon et le transport de l'appareil. The cylindrical envelope 6 is internally provided with a coating 17 of absorbent material, for example mineral wool, and has the effect of expanding the spectrum of frequencies upwards. The apparatus of FIG. 1 can be completed by a lid, not shown, covering the open end 18 of the envelope 6 and optionally provided with means facilitating the preheating and transporting of the apparatus.
A la figure 3 un absorbeur suivant l'invention, réduit à ses éléments essentiels que sont la batterie de tubes A1 à A7, la plaque à trous 1 et la couronne 9, est inséré et fixé dans une cavité 21 formée dans le dessous d'une dalle de plancher en béton 22. In Figure 3 an absorber according to the invention, reduced to its essential elements that are the battery of tubes A1 to A7, the plate with holes 1 and the ring 9, is inserted and fixed in a cavity 21 formed in the underside of a concrete floor slab 22.
Dans l'exemple de la figure 4, les tubes A' formant résonateurs, au lieu d'être cylindriques sont prismatiques à section carrée et leurs deux sections terminales sont fermées. L'ouverture de chaque tube assurant sa communication avec le milieu extérieur à travers la zone perforée correspondante B de la plaque à trous 1 est constituée par une découpe rectangulaire 23 pratiquée dans la face plane 24 du tube A', qui est appliquée à plat contre la face arrière de la plaque 1. Les tubes
A'1 à A'7 sont ainsi disposés dans un même plan parallèle
1 7 -à la plaque 1.In the example of FIG. 4, the tubes A 'forming resonators, instead of being cylindrical, are prismatic with a square section and their two end sections are closed. The opening of each tube ensuring its communication with the external medium through the corresponding perforated area B of the perforated plate 1 is constituted by a rectangular cutout 23 made in the flat face 24 of the tube A ', which is applied flat against the back side of the plate 1. The tubes
A'1 to A'7 are thus arranged in the same parallel plane
1 to plate 1.
Comme le montre la figure 5, les tubes A' sont fixés sur la plaque à trous 1 par des boulons 27 traversant la plaque 1 elle-même, les faces du tube parallèles à la plaque et une contre-plaque 26 contre laquelle sont serrés les écrous 28. As shown in FIG. 5, the tubes A 'are fixed on the hole plate 1 by bolts 27 passing through the plate 1 itself, the faces of the tube parallel to the plate and a counterplate 26 against which are clamped the nuts 28.
Le fonctionnement de l'absorbeur des figures 4 et 5 est rigoureusement identique à celui des figures i à 3 puisque, dans les deux cas, les résonateurs ont chacun un volume d'-air intérieur V relié à l'extérieur par des trous 13 des zones perforées de la plaque 1 et bénéficient de l'effet de captation de l'onde acoustique créée par la couronne 9 de section transversale exponentielle. The operation of the absorber of FIGS. 4 and 5 is strictly identical to that of FIGS. 1 to 3 since, in both cases, the resonators each have an internal air volume V connected to the outside by holes 13 of the perforated areas of the plate 1 and benefit from the effect of capturing the acoustic wave created by the ring 9 of exponential cross-section.
A la figure 6 deux résonateurs, conformes aux figures 4 et 5, sont insérés et fixés dans des cavités 29 ménagées dans les faces respectives d'un mur en béton 31. In FIG. 6, two resonators, in accordance with FIGS. 4 and 5, are inserted and fixed in cavities 29 formed in the respective faces of a concrete wall 31.
A la figure 7 le tracé de la courbe exponentielle de la lèvre 11 du capteur 9 est défini par l'équation suivante
où r' est la distance à l'axe XX d'un point quelconque M
r est le rayon de la petitebase de la couronne 9
1' est la distance à l'axe YY, perpendiculaire à XX et
situé dans le plan de la petite base, du point M. In FIG. 7 the plot of the exponential curve of the lip 11 of the sensor 9 is defined by the following equation
where r 'is the distance to the axis XX from any point M
r is the radius of the small base of the crown 9
1 'is the distance to the axis YY, perpendicular to XX and
located in the plane of the small base, point M.
La matière des constituants peut être quelconque. The material of the constituents may be any.
C'est ainsi que les tubes A sont avantageusement en ma tière plastique moulée, et la plaque 1, la couronne 11 et l'enveloppe cylindrique en métal, par exemple en tôle d'acier éventuellement galvanisée. Thus, the tubes A are advantageously made of molded plastic, and the plate 1, the ring 11 and the cylindrical metal casing, for example made of galvanized sheet steel.
La fixation par sertissage, représentée à la figure 1, peut être remplacée par tout autre moyen d'assemblage. I1 est particulièrement avantageux de faire en sorte que l'assemblage soit séparable pour-qu'il soit possible de changer les tubes et la plaque 1 en vue de modifier la fréquence des résonateurs et éventuellement de neutraliser un ou plusieurs d'entre eux en supprimant les trous 13 correspondants. The crimping attachment, shown in Figure 1, can be replaced by any other means of assembly. It is particularly advantageous to ensure that the assembly is separable so that it is possible to change the tubes and the plate 1 in order to modify the frequency of the resonators and possibly neutralize one or more of them by removing the corresponding holes 13.
I1 est également concevable de réaliser chacune des zones perforées B (fig. 2) sous la forme de pastilles amovibles facilitant la modification du nombre de trous 13. It is also conceivable to make each of the perforated zones B (FIG 2) in the form of removable pellets facilitating the modification of the number of holes 13.
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- 1981-08-11 BE BE0/205646A patent/BE889933A/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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