FR2715244A1

FR2715244A1 - Method of absorbing acoustic waves for noise suppression

Info

Publication number: FR2715244A1
Application number: FR9400539A
Authority: FR
Inventors: Guilloud Jean-Claude; Fumoux Christine
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1994-01-19
Filing date: 1994-01-19
Publication date: 1995-07-21
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: FR2715244B1

Abstract

The method uses a panel having a flexible membrane fixed on a frame and a thin, rigid slab (4) separated from the membrane by an air gap (5). An acoustic wave (F) hitting the membrane pushes it towards the slab so that the air between them is pushed laterally (f1). This generates a laminar flow of air which absorbs the necessary energy from the incident wave. If the wave travels in the opposite direction the membrane is moved away from the slab. This in turn sucks air (f2) into the gap thus generating a laminar flow of air which absorbs the wave energy.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif d'absorption de l'énergie d'ondes acoustiques et, plus particulièrement, à un tel procédé et un tel dispositif permettant 1 l'absorption d'ondes acoustiques à l'aide de structures légères et de faible encombrement, y compris dans le domaine des basses fréquences. The present invention relates to a method and a device for absorbing the energy of acoustic waves and, more particularly, to such a method and such a device enabling absorption of acoustic waves using light and compact structures, including in the low frequency range.

De telles structures trouvent de nombreuses applications, en particulier dans les nacelles de réacteurs d'avions, le capotage de machines-outils, les chambres anéchoiques etc... Elles prennent la forme de panneaux disposés à l'interface entre un espace dans lequel se forment et/ou se propagent des ondes acoustiques et un espace extérieur au précédent. Ces panneaux présentent des structures variées conçues pour absorber le plus possible l'énergie d'ondes acoustiques incidentes tout en réfléchissant et/ou en transmettant le moins d'énergie possible. Such structures find numerous applications, in particular in aircraft engine nacelles, the casing of machine tools, anechoic chambers, etc. They take the form of panels arranged at the interface between a space in which form and / or propagate acoustic waves and a space outside the previous one. These panels have various structures designed to absorb the energy of incident acoustic waves as much as possible while reflecting and / or transmitting as little energy as possible.

On sait que la transmission d'énergie acoustique par un tel panneau peut être minimisée en renforçant le poids de ces panneaux, suivant l'enseignement de la loi dite "des masses n, Si l'on souhaite concevoir des panneaux légers, pour abaisser le coût des matériaux nécessaires à leur fabrication et pouvoir les utiliser par exemple dans le domaine des transports où l'on recherche l'allégement des structures, il faut renoncer à la mise en oeuvre de cette loi. It is known that the transmission of acoustic energy by such a panel can be minimized by increasing the weight of these panels, according to the teaching of the law known as "masses n, If one wishes to design light panels, to lower the cost of the materials necessary for their manufacture and being able to use them for example in the field of transport where one seeks the lightening of the structures, it is necessary to give up the implementation of this law.

On connaît à cet égard des panneaux d'isolation phonique constitués en des matériaux définissant des cavités propres à absorber de l'énergie acoustique par la mise en oeuvre du principe du résonateur de Helmholtz. Lorsqu'on souhaite absorber de l'énergie acoustique dans une bande non étroite de basses fréquences, par exemple autour de 80 Hz, les dimensions des cavités à prévoir sont cependant telles que l'épaisseur des panneaux d'absorption devient très encombrante. Sound insulation panels made of materials defining cavities suitable for absorbing acoustic energy are known in this regard by the implementation of the Helmholtz resonator principle. When it is desired to absorb acoustic energy in a non-narrow band of low frequencies, for example around 80 Hz, the dimensions of the cavities to be provided are however such that the thickness of the absorption panels becomes very bulky.

On connaît aussi du brevet US-A-4 253 543 un dispositif d'isolation phonique constitué par une membrane souple collée sur des parties de surface en relief distribuées sur toute la surface d'un cadre de support alvéolé réalisé en un matériau perméable à l'air, l'ensemble cadre/membrane étant maintenu à distance d'une surface acoustiquement réfléchissante par des supports ménageant un espace d'air entre le cadre et cette surface. La déformation de la membrane sous l'effet du passage d'une onde acoustique chasse ou aspire l'air des alvéoles à travers la matière poreuse du cadre qui absorbe ainsi l'énergie de l'onde acoustique.Le dispositif décrit dans ce brevet présente une efficacité maximale autour de 500 Hz et perd pratiquement toute efficacité en dessous de 125 Hz. I1 ne convient donc pas à l'absorption de plus basses fréquences, de l'ordre de 80 Hz par exemple. De toute manière, du fait que ce dispositif absorbe l'énergie d'une onde acoustique par perte de charge dans un matériau poreux, une tentative pour étendre son efficacité à de telles basses fréquences conduirait à accroître très sensiblement le volume de 1' espace séparant le cadre de la paroi réfléchissante, ceci au détriment de son encombrement. Also known from US-A-4 253 543 is a soundproofing device consisting of a flexible membrane bonded to raised surface portions distributed over the entire surface of a honeycomb support frame made of a material permeable to l air, the frame / membrane assembly being kept away from an acoustically reflecting surface by supports providing an air space between the frame and this surface. The deformation of the membrane under the effect of the passage of an acoustic wave drives or sucks the air from the alveoli through the porous material of the frame which thus absorbs the energy of the acoustic wave. The device described in this patent presents maximum efficiency around 500 Hz and practically loses all efficiency below 125 Hz. It is therefore not suitable for the absorption of lower frequencies, of the order of 80 Hz for example. In any case, since this device absorbs the energy of an acoustic wave by pressure drop in a porous material, an attempt to extend its efficiency to such low frequencies would lead to very significantly increase the volume of the space separating the frame of the reflecting wall, to the detriment of its bulk.

La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif d'absorption de l'énergie d'ondes acoustiques autorisant cette absorption à l'aide d'un dispositif en forme de panneau qui soit à la fois léger et de faible encombrement, c'est-à-dire de faible épaisseur. The object of the present invention is therefore to provide a method and a device for absorbing the energy of acoustic waves allowing this absorption using a panel-shaped device which is both light and compact. , that is to say thin.

La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif permettant d'absorber des ondes acoustiques dans de larges bandes de basses fréquences, incluses dans le domaine allant de 30 a 750 Hz par exemple. The present invention also aims to provide such a method and such a device for absorbing acoustic waves in wide bands of low frequencies, included in the range from 30 to 750 Hz for example.

La présente invention a encore pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif assurant l'absorption d'une fraction importante de l'énergie acoustique reçue. Another object of the present invention is to provide such a method and such a device ensuring the absorption of a large fraction of the acoustic energy received.

On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé d'absorption de l'énergie d'ondes acoustiques se propageant dans un milieu borné par une face d'une paroi déformable, ce procédé étant remarquable en ce qu'on agence la paroi de manière que les ondes acoustiques incidentes forcent un écoulement laminaire d'un fluide visqueux dans l'espace adjacent à l'autre face de la paroi, propre à absorber l'énergie des ondes acoustiques, dans un large domaine de fréquences. These objects of the invention are achieved, as well as others which will appear on reading the description which follows, with a method of absorbing the energy of acoustic waves propagating in a medium bounded by a face d '' a deformable wall, this process being remarkable in that the wall is arranged so that the incident acoustic waves force a laminar flow of a viscous fluid in the space adjacent to the other face of the wall, suitable for absorbing the energy of acoustic waves, in a wide range of frequencies.

Comme on le verra plus loin le procédé suivant l'invention, d'absorption d'énergie acoustique par le frottement d'un fluide visqueux en écoulement laminaire, permet de constituer un dispositif d'absorption en forme de panneau mince, léger et très efficace aux très basses fréquences, conformément aux buts poursuivis par la présente invention. As will be seen below, the method according to the invention, for absorbing acoustic energy by the friction of a viscous fluid in laminar flow, makes it possible to constitute an absorption device in the form of a thin, light and very effective panel. at very low frequencies, in accordance with the aims of the present invention.

Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention fournit un dispositif comprenant a) une paroi déformable supportée par un cadre fixe maintenant, au repos, cette paroi dans un premier plan et b) une pluralité de plaques fixes distribuées dans un deuxième plan parallèle au premier et écartées de celui-ci d'une distance prédéterminée, chaque plaque définissant, avec la partie de la paroi déformable qui lui fait face, un amortisseur visqueux passif. Suivant l'invention, les plaques sont bordées par des passages assurant une libre circulation du fluide autour de cellesci. For the implementation of this method, the invention provides a device comprising a) a deformable wall supported by a fixed frame now, at rest, this wall in a first plane and b) a plurality of fixed plates distributed in a second plane parallel to the first and spaced therefrom by a predetermined distance, each plate defining, with the part of the deformable wall which faces it, a viscous passive damper. According to the invention, the plates are bordered by passages ensuring free circulation of the fluid around them.

Dans un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, la paroi déformable est constituée par une membrane souple tendue sur le cadre. La tension de la membrane est liée à une fréquence d'accord correspondant à une bande de fréquences acoustiques prédéterminée, par une relation propre à assurer cette absorption. In a preferred embodiment of the device according to the invention, the deformable wall is constituted by a flexible membrane stretched over the frame. The tension of the membrane is linked to a tuning frequency corresponding to a predetermined acoustic frequency band, by a relation capable of ensuring this absorption.

Selon une caractéristique avantageuse du dispositif suivant l'invention, la distance séparant le plan de repos de la membrane du plan des plaques est choisie pour empêcher une réflexion sensible des ondes acoustiques reçues par la membrane. Une telle disposition est particulièrement commode lorsque l'on souhaite utiliser le dispositif dans une chambre anéchoique. According to an advantageous characteristic of the device according to the invention, the distance separating the rest plane of the membrane from the plane of the plates is chosen to prevent significant reflection of the acoustic waves received by the membrane. Such an arrangement is particularly convenient when it is desired to use the device in an anechoic chamber.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel
- les figures 1A et 1B sont des schémas permettant d'expliquer le principe qui est à la base de la présente invention,
- la figure 2 est une coupe transversale schématique d'un dispositif, en forme de panneau, conçu pour mettre en oeuvre le procédé d'absorption d'ondes acoustiques suivant la présente invention,
- la figure 3 est une vue perspective partielle d'une structure de support de plaques incorporées au dispositif de la figure 2,
- la figure 4 est une vue perspective partielle d'une variante de la structure représentée à la figure 3, et
- la figure 5 est une vue schématique partielle d'un autre mode de réalisation du dispositif suivant l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the description which follows and on examining the appended drawing in which
FIGS. 1A and 1B are diagrams making it possible to explain the principle which is the basis of the present invention,
FIG. 2 is a schematic cross section of a device, in the form of a panel, designed to implement the method of absorbing acoustic waves according to the present invention,
FIG. 3 is a partial perspective view of a support structure for plates incorporated in the device of FIG. 2,
FIG. 4 is a partial perspective view of a variant of the structure shown in FIG. 3, and
- Figure 5 is a partial schematic view of another embodiment of the device according to the invention.

On se réfère à la figure 1A où l'on a représenté schématiquement par la flèche F une onde acoustique incidente sur une paroi 1 séparant un espace 2 dans lequel se propage cette onde, d'un espace 3 dans lequel se trouve un fluide visqueux tel que de l'air, par exemple. L'espace 2 est lui-même rempli de fluide pour la propagation de l'onde acoustique, ce fluide pouvant être, ou non, le même que celui qui remplit l'espace 3. Referring to FIG. 1A where there is shown schematically by the arrow F an acoustic wave incident on a wall 1 separating a space 2 in which this wave propagates, from a space 3 in which there is a viscous fluid such than air, for example. The space 2 is itself filled with fluid for the propagation of the acoustic wave, this fluid may or may not be the same as that which fills the space 3.

Suivant la présente invention, la paroi 1 est constituée de manière à se déformer sous la pression d'une onde acoustique incidente, que celle-ci soit normale (comme représentée) ou non à la surface de la paroi. Commodément, une telle paroi peut être constituée par une membrane souple tendue sur un cadre fixe (non représenté). According to the present invention, the wall 1 is formed so as to deform under the pressure of an incident acoustic wave, whether this is normal (as shown) or not on the surface of the wall. Conveniently, such a wall can be constituted by a flexible membrane stretched over a fixed frame (not shown).

Suivant une caractéristique essentielle de la présente invention, on dispose à proximité de la membrane 1, du coté de l'espace 3 défini ci-dessus, une plaque 4 plane, mince et rigide. La plaque 4 est fixe et disposée parallèlement et à distance du plan définissant la position de la membrane 1 au repos, de manière qu'une lame d'air S les sépare. According to an essential characteristic of the present invention, near the membrane 1, on the side of the space 3 defined above, there is a flat, thin and rigid plate 4. The plate 4 is fixed and arranged parallel and at a distance from the plane defining the position of the membrane 1 at rest, so that an air gap S separates them.

Quand une onde acoustique crée une surpression de l'air (par rapport à la pression atmosphérique par exemple) au niveau de la membrane 1, celle-ci se déforme en se rapprochant de la surface en regard de la plaque 4, ce qui a pour effet de chasser 1air présent entre elles, air qui s'écoule latéralement suivant les flèches fl. Cet écoulement laminaire forcé d'un fluide visqueux tel que de la air exige de l'énergie, précisément celle fournie par l'onde acoustique ayant déformé la membrane tendue, énergie qui se trouve alors absorbée. La propagation de l'onde acoustique vers l'espace 3 peut être ainsi efficacement arrêtée au niveau de l'ensemble membrane/plaque. When an acoustic wave creates an air overpressure (with respect to atmospheric pressure for example) at the level of the membrane 1, the latter is deformed as it approaches the surface opposite the plate 4, which has for effect of expelling the air present between them, air flowing laterally according to the arrows fl. This forced laminar flow of a viscous fluid such as air requires energy, precisely that supplied by the acoustic wave having deformed the stretched membrane, energy which is then absorbed. The propagation of the acoustic wave towards space 3 can thus be effectively stopped at the level of the membrane / plate assembly.

Lorsque l'onde acoustique crée une dépression au niveau de la membrane 1 (figure 1B) cette dépression a pour effet d'aspirer la membrane souple dans l'espace 2, aspiration qui crée un appel d'air entre cette membrane et la plaque 4. When the acoustic wave creates a depression at the level of the membrane 1 (FIG. 1B) this depression has the effect of sucking the flexible membrane into the space 2, suction which creates a call for air between this membrane and the plate 4 .

L'écoulement d'air qui s'ensuit alors suivant les flèches f2, à partir de la périphérie de la plaque 2, absorbe également de l'énergie par frottement du fluide visqueux en écoulement laminaire, énergie également fournie par l'onde acoustique incidente.The air flow which then follows, according to the arrows f2, from the periphery of the plate 2, also absorbs energy by friction of the viscous fluid in laminar flow, energy also supplied by the incident acoustic wave. .

De ce qui précède, il résulte que la membrane I, par sa tension T et son inertie due à son poids, constitue un oscillateur très amorti ayant une fréquence centrale f0 telle que

où T, Pm et e sont respectivement la tension linéique, la masse volumique et l'épaisseur de la membrane, s, l'aire de la plaque 4.From the above, it follows that the membrane I, by its tension T and its inertia due to its weight, constitutes a very damped oscillator having a central frequency f0 such that

where T, Pm and e are respectively the line tension, the density and the thickness of the membrane, s, the area of the plate 4.

Cette fréquence centrale, où est réalisée parfaitement l'adaptation d'impédance, peut être réglée de manière à assurer l'absorption d'ondes acoustiques d'un certain domaine de fréquences centré sur cette fréquence. On peut agir pour cela, par exemple, sur la tension où la masse surfacique p,.e de la membrane, ou encore sur la surface s de la plaque. Suivant une caractéristique avantageuse de la présente invention, cette fréquence peut être réglée, par exemple, à une valeur très basse en utilisant une membrane lourde, faiblement tendue. This central frequency, where the impedance matching is perfectly carried out, can be adjusted so as to ensure the absorption of acoustic waves of a certain frequency domain centered on this frequency. One can act for this, for example, on the tension where the surface mass p, .e of the membrane, or on the surface s of the plate. According to an advantageous characteristic of the present invention, this frequency can be adjusted, for example, to a very low value by using a heavy membrane, slightly stretched.

On a représenté à la figure 2 un mode de réalisation préféré d'un dispositif suivant l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. Le dispositif prend la forme d'un panneau comprenant un cadre 6 sur lequel on tend et on fixe la membrane 1 suivant les bords de celle-ci. A l'intérieur du cadre, on trouve une pluralité de plaques adjacentes 414243 etc... disposées parallèlement et à une distance ho du plan de repos de la membrane 1, dans un plan où ces plaques sont distribuées régulièrement. FIG. 2 shows a preferred embodiment of a device according to the invention, for implementing the method described above. The device takes the form of a panel comprising a frame 6 on which the membrane 1 is stretched and fixed along the edges thereof. Inside the frame, there is a plurality of adjacent plates 414 243 etc ... arranged parallel and at a distance ho from the rest plane of the membrane 1, in a plane where these plates are distributed regularly.

Les plaques peuvent prendre diversea formes, carrées, rectangulaires, ou circulaires, par exemple. Elles sont maintenues à une distance fixe du plan de repos de la membrane par des moyens de support dont on a représenté deux exemples non limitatifs aux figures 3 et 4. The plates can take various forms, square, rectangular, or circular, for example. They are maintained at a fixed distance from the rest plane of the membrane by support means, two non-limiting examples of which have been shown in FIGS. 3 and 4.

A la figure 3, il apparaît que les plaques 4i, carrées, sont fixées sur une grille ou treillis 7 de barrettes plates disposées dans des plans perpendiculaires au plan des plaques. Suivant une caractéristique importante du dispositif selon l'invention, ces plaques sont dimensionnées de manière à dégager autour d'elles des passages permettant une libre circulation d'un fluide de part et d'autre de ces plaques, sans pertes de charge sensibles. La grille 7 peut être elle-même fixée au cadre 6 ou à un fond 8 (voir figure 2) solidaire de ce cadre et distant de la membrane 1, le dispositif prenant alors la forme d'un panneau d'épaisseur
E. Suivant une disposition dont on décrira l'importance dans la suite, le fond 8 est régulièrement percé d'ouvertures 9i. In FIG. 3, it appears that the square plates 4i are fixed to a grid or lattice 7 of flat bars arranged in planes perpendicular to the plane of the plates. According to an important characteristic of the device according to the invention, these plates are dimensioned so as to release around them passages allowing free circulation of a fluid on either side of these plates, without significant pressure losses. The grid 7 can itself be fixed to the frame 6 or to a bottom 8 (see FIG. 2) integral with this frame and distant from the membrane 1, the device then taking the form of a thick panel.
E. According to a provision whose importance will be described below, the bottom 8 is regularly pierced with openings 9i.

A la figure 4, on a représenté une variante de la structure de plaques et de moyens de support de ces plaques représentée à la figure 3. Cette variante présente l'avantage de pouvoir être réalisée de manière économique par simple emboutissage d'une tôle métallique 10. In Figure 4, there is shown a variant of the structure of plates and support means for these plates shown in Figure 3. This variant has the advantage of being able to be produced economically by simply stamping a metal sheet 10.

L'emboutissage provoque la découpe de plaques 4i, circulaires par exemple, et de pattes Il, pliées perpendiculairement à ces dernières et supportant celles-ci dans un plan écarté du plan de base de la tôle 10.The stamping causes the cutting of plates 4i, circular for example, and of legs II, folded perpendicularly to the latter and supporting the latter in a plane spaced from the base plane of the sheet 10.

L'opération d'emboutissage dégage ainsi autour de chaque disque des ouvertures circulaires telles que 12, de dimensions calculées pour assurer une libre circulation du fluide, de part et d'autre de la tôle emboutie.The stamping operation thus releases around each disc circular openings such as 12, of dimensions calculated to ensure free circulation of the fluid, on either side of the stamped sheet.

On revient au dispositif suivant l'invention représenté à la figure 2 pour expliquer avec plus de détail comment fixer les caractéristiques de ce dispositif pour l'adapter à l'absorption d'ondes acoustiques de telle ou telle bande de basses fréquences. A cet égard, on remarquera qu'en basses fréquences, c'est-à-dire pour des longueurs d'ondes acoustiques dans l'air très supérieures, à la fois, à l'épaisseur E du panneau, à la dimension moyenne des ouvertures 9i et à la distance D séparant ces ouvertures, la raideur de la couche de gaz comprise entre la membrane 1 et le fond 8 est pratiquement nulle, grâce à la présence des passages ménagés entre les plaques 4 et à ces ouvertures 9i. We return to the device according to the invention represented in FIG. 2 to explain in more detail how to fix the characteristics of this device to adapt it to the absorption of acoustic waves of such or such band of low frequencies. In this respect, it will be noted that at low frequencies, that is to say for acoustic wavelengths in air much greater, both, the thickness E of the panel, the average dimension of the openings 9i and at the distance D separating these openings, the stiffness of the gas layer between the membrane 1 and the bottom 8 is practically zero, thanks to the presence of the passages made between the plates 4 and to these openings 9i.

C'est pourquoi on peut considérer que la fréquence centrale quand elle est basse, ne dépend que de la tension linéique
T et de la masse surfacique de la membrane. En choisissant convenablement ces caractéristiques, on peut alors régler facilement la fréquence centrale, entre 30 et 750 Hz par exemple, même lorsque l'épaisseur totale E du panneau est faible.This is why we can consider that the central frequency when it is low, depends only on the linear tension
T and the surface mass of the membrane. By choosing these characteristics appropriately, the central frequency can then be easily adjusted, between 30 and 750 Hz for example, even when the total thickness E of the panel is small.

On sait qu'une onde acoustique plane se propageant dans un espace infini rempli d'un fluide tel que de l'air, par exemple, fait prendre à une tranche d'air perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde, une vitesse vibratoire u liée à la pression fluctuante p de l'air au niveau de cette tranche par la relation
P = pO.cO.U où pO et c0 sont respectivement la masse volumique et la vitesse du son dans l'air, la quantité "pO.cOw etant appelée impédance par analogie électrique.We know that a plane acoustic wave propagating in an infinite space filled with a fluid such as air, for example, causes a slice of air perpendicular to the direction of propagation of the wave to take a speed vibratory u related to the fluctuating pressure p of the air at the level of this section by the relation
P = pO.cO.U where pO and c0 are respectively the density and the speed of sound in air, the quantity "pO.cOw being called impedance by electrical analogy.

L'absorption sans réflexion de l'onde acoustique par le dispositif suivant l'invention exige alors que la membrane de celui-ci "suive" les déplacements de la tranche d'air adjacente, de manière à opposer la résistance adéquate à la propagation de cette onde acoustique. Ce suivi implique alors que la vitesse vibratoire v de la membrane soit égale et en phase avec la vitesse vibratoire de la tranche d'air adjacente. The absorption without reflection of the acoustic wave by the device according to the invention then requires that the membrane thereof "follow" the movements of the adjacent air section, so as to oppose adequate resistance to the propagation of this acoustic wave. This monitoring then implies that the vibratory speed v of the membrane is equal and in phase with the vibrational speed of the adjacent air section.

Comme on l'a vu plus haut, la pression acoustique p exerce sur une lame d'air 5 située entre la membrane 1 et une plaque 4i de surface s, une force F = p. s qui provoque un écoulement laminaire de l'air de la lame. La théorie des écoulements laminaires enseigne que cette force est alors liée à la vitesse v de la membrane par la relation 76. As we saw above, the acoustic pressure p exerts on a layer of air 5 located between the membrane 1 and a plate 4i of surface s, a force F = p. s which causes a laminar flow of air from the blade. The theory of laminar flows teaches that this force is then linked to the speed v of the membrane by the relation 76.

où est la viscosité dynamique de l'air.where is the dynamic viscosity of the air.

En identifiant d'une part les deux expressions données ci-dessus de la force F et, d'autre part, les vitesses v et u, conformément à la contrainte posée par la présente invention, on a
F = p . s = #0 . C0 . u.s = # . . s . u
16 h0 d'où l'on tire l'expression
# 0 .s
16 #0C0
Si l'onde arrive sur la membrane avec une incidence # par rapport à la normale plutôt que perpendiculairement, comme posé par hypothèse dans les calculs ci-dessus, on démontre que le deuxième membre de cette équation incorpore en outre le facteur multiplicatif cos.By identifying on the one hand the two expressions given above of the force F and, on the other hand, the speeds v and u, in accordance with the constraint posed by the present invention, we have
F = p. s = # 0. C0. us = #. . s. u
4:05 p.m.
# 0 .s
16 # 0C0
If the wave arrives on the membrane with an incidence # compared to the normal rather than perpendicularly, as posed by assumption in the calculations above, it is shown that the second member of this equation also incorporates the multiplicative factor cos.

Ainsi, suivant l'invention, quelle que soit la fréquence d'accord choisie, la distance ho séparant le plan des plaques 4i du plan de repos de la membrane 1 doit être fixée à la valeur

pour assurer l'absorption sans réflexion d'une onde acoustique d'incidence ç
A titre d'exemple, pour des ondes frontales, avec des plaques ou disques de 16 cm2 de surface, la formule précédente donne ho = 0,2 mm alors qu'avec des plaques de 4 cm2 on trouve ho = 0,1 mm. I1 apparaît ainsi que les enseignements de la présente invention permettent de régler l'impédance mécanique des oscillateurs constitués par la membrane et chacune des plaques qui lui font face, de manière à absorber parfaitement, sans réflexion, des ondes acoustiques incidentes.Thus, according to the invention, whatever the tuning frequency chosen, the distance ho separating the plane of the plates 4i from the rest plane of the membrane 1 must be fixed at the value

to ensure absorption without reflection of an acoustic wave of incidence ç
For example, for frontal waves, with plates or discs with a surface area of 16 cm2, the above formula gives ho = 0.2 mm whereas with plates of 4 cm2 we find ho = 0.1 mm. It thus appears that the lessons of the present invention make it possible to adjust the mechanical impedance of the oscillators constituted by the membrane and each of the plates which face it, so as to absorb perfectly, without reflection, incident acoustic waves.

On a pu vérifier expérimentalement que le dispositif suivant l'invention reste anéchoique (c'est-à-dire sans réflexion) dans une large bande autour de la fréquence d'accord. C'est ainsi qu'avec une membrane de masse surfacique de 0,75 kg/m' tendue pour la fréquence centrale f0 = 80 Hz et disposée à la distance ho des plaques déterminée comme indiqué ci-dessus, l'oscillateur présente, vis-à-vis d'ondes frontales, un amortissement réduit de 60%, ce qui correspond à une bande de fréquences absorbées, allant de 50 à 150 Hz à 3 dB près. Avec une fréquence centrale réglée à f0 = 250 Hz, la bande de fréquences correspondante s'étend de 175 à 325 Hz. Dans une autre expérience avec une membrane fine, on a pu obtenir une adaptation d'impédance par dissipation visqueuse dans une très large bande de 30 à 750 Hz. We have been able to verify experimentally that the device according to the invention remains anechoic (that is to say without reflection) in a wide band around the tuning frequency. Thus with a membrane with a surface mass of 0.75 kg / m 'stretched for the central frequency f0 = 80 Hz and placed at the distance ho from the plates determined as indicated above, the oscillator present, screws -with respect to frontal waves, a damping reduced by 60%, which corresponds to a band of absorbed frequencies, going from 50 to 150 Hz to 3d dB. With a central frequency set to f0 = 250 Hz, the corresponding frequency band extends from 175 to 325 Hz. In another experiment with a thin membrane, it was possible to obtain an adaptation of impedance by viscous dissipation in a very wide range. band from 30 to 750 Hz.

On revient à la figure 2 pour expliquer le rôle des ouvertures 9j, de dimension moyenne ou de diamètre 9, distribuées régulièrement avec un pas D sur le fond 8 du dispositif. Il est clair que, pour régler la fréquence d'accord du panneau par la seule tension T de la membrane, il est nécessaire que la couche de gaz comprise entre la membrane et le fond 8 ne présente pas une raideur trop forte. I1 faut pour cela ouvrir le fond vers l'extérieur, c'est le rôle des ouvertures 9i, sans pour autant autoriser alors un rayonnement d'énergie acoustique à travers ces ouvertures. We return to FIG. 2 to explain the role of the openings 9j, of medium size or of diameter 9, distributed regularly with a pitch D on the bottom 8 of the device. It is clear that, to adjust the frequency of tuning of the panel by the only tension T of the membrane, it is necessary that the layer of gas between the membrane and the bottom 8 does not have too strong a stiffness. It is necessary for this to open the bottom towards the outside, this is the role of the openings 9i, without however allowing radiation of acoustic energy through these openings.

Suivant l'invention, pour ce faire, on choisit d très inférieur à la longueur d'onde correspondant à la fréquence d'accord. Le nombre des ouvertures est choisi en fonction du pourcentage d'énergie acoustique dont on peut admettre la transmission. On peut démontrer à cet égard que l'énergie transmise est d'autant plus faible que le nombre d'ouvertures 9i est grand, pour une surface de panneau donnée, la surface totale des ouvertures devant cependant être limitée pour garder au fond 8 une rigidité suffisante. According to the invention, to do this, we choose d much less than the wavelength corresponding to the tuning frequency. The number of openings is chosen according to the percentage of acoustic energy which can be accepted for transmission. In this respect, it can be demonstrated that the energy transmitted is lower the greater the number of openings 9i, for a given panel surface, the total surface of the openings having to be limited, however, to keep rigidity 8 at the bottom. sufficient.

On a représenté schématiquement à la figure 5 une structure de panneau dérivée de celle de la figure 2 et conçue pour être accordée sur plusieurs fréquences, de manière à élargir la bande de fréquences absorbée par le panneau. Dans le mode de réalisation de la figure 5, on a représenté, à titre d'exemple, une structure irrégulière de cloisons 13, à mailles carrées, par exemple. Contrairement à la structure de support 7 du mode de réalisation de la figure 3, les cloisons 13 de la structure de la figure 5 viennent en appui contre la membrane 1, sans collage de ltune sur 1' autre, la membrane étant ainsi tendue avec une tension uniforme T sur un cadre (non représenté) tel que le cadre 6 de la figure 2.Dans les mailles, des plaques carrées 14i,15i de longueurs de côtés a,a' respectivement, sont fixées (par des moyens non représentés) à proximité de la membrane, suivant deux agencements de plaques imbriqués l'un dans l'autre, en ménageant autour de chaque plaque un espace suffisant pour un libre passage de gaz, comme dans le mode de réalisation de la figure 2. Les mailles équipées des plaques de côtés a et a' sont alors accordées sur les deux fréquences f0,f0, suivantes

FIG. 5 shows schematically a panel structure derived from that of FIG. 2 and designed to be tuned on several frequencies, so as to widen the frequency band absorbed by the panel. In the embodiment of FIG. 5, there is shown, by way of example, an irregular structure of partitions 13, with square meshes, for example. Unlike the support structure 7 of the embodiment of FIG. 3, the partitions 13 of the structure of FIG. 5 come to bear against the membrane 1, without bonding one ltune to the other, the membrane thus being stretched with a uniform tension T on a frame (not shown) such as frame 6 in FIG. 2. In the meshes, square plates 14i, 15i with side lengths a, a 'respectively, are fixed (by means not shown) to proximity of the membrane, according to two arrangements of plates nested one inside the other, leaving around each plate sufficient space for a free passage of gas, as in the embodiment of FIG. 2. The meshes equipped with side plates a and a 'are then tuned to the following two frequencies f0, f0

Ainsi on peut calculer a et a' pour que les mailles équipées de plaques présentant ces dimensions soient accordées respectivement, par exemple, sur 125 et 250 Hz. Dans cette hypothèse, a' = 2a.Si on a choisi 4 et a pour que l'amortissement réduit à 250 Hz soit par exemple de 60%, l'amortissement réduit variant avec (a/4)3, atteindra 480% à 125 Hz. Un panneau ainsi conçu s'avère alors parfaitement efficace dans une très large bande de basses fréquences, soit de 50 à 325 Hz environ.Thus one can calculate a and a 'so that the meshes equipped with plates having these dimensions are tuned respectively, for example, on 125 and 250 Hz. In this assumption, a' = 2a. If one chose 4 and a so that l reduced damping at 250 Hz, for example 60%, the reduced damping varying with (a / 4) 3, will reach 480% at 125 Hz. A panel thus designed then proves to be perfectly effective in a very wide band of bass frequencies, ie from 50 to 325 Hz approximately.

I1 apparaît maintenant que l'invention permet d'atteindre les buts que l'on s'étaient fixés, à savoir réaliser un panneau d'absorption d'ondes acoustiques léger (d'un poids de l'ordre de 2 à 4kg/m2 environ), peu encombrant et efficace dans de larges bandes de basses fréquences. Sa capacité d'adaptation d'impédance en fait un panneau de choix pour ltéquipement de chambres anéchoiques et, plus généralement, pour le capotage de machines bruyantes et l'isolation phonique de locaux. I1 now appears that the invention achieves the goals that we had set, namely to achieve a light acoustic wave absorption panel (weighing about 2 to 4 kg / m2 approx.), space-saving and effective in wide bands of low frequencies. Its adaptability of impedance makes it a panel of choice for the equipment of anechoic chambers and, more generally, for the hooding of noisy machines and the soundproofing of premises.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Ainsi, bien que l'invention soit décrite ci-dessus dans le cas de la propagation d'ondes acoustiques dans l'air, elle s'étend évidemment à une telle propagation dans d'autres gaz ou d'autres fluides, qui peuvent d'ailleurs être différents de part et d'autre de la membrane. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown which have been given only by way of example. Thus, although the invention is described above in the case of the propagation of acoustic waves in air, it obviously extends to such a propagation in other gases or other fluids, which can d 'elsewhere be different on either side of the membrane.

Claims

1. Method for absorbing the energy of acoustic waves propagating in a medium (2) bounded by one face of a deformable wall (1), characterized in that the wall is arranged so that the acoustic waves incident forces a laminar flow of a viscous fluid in the space (5) adjacent to the other face of the wall, capable of absorbing the energy of the acoustic waves.

2. Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that it comprises a) a deformable wall (1) supported by a fixed frame (6) now, at rest, this wall in a first plane and b) a plurality of fixed plates (4i) distributed in a second plane parallel to the first and spaced from the latter by a predetermined distance (ho), each plate (4i) defining, with the part of the deformable wall which it faces, a viscous passive damper.

3. Device according to claim 2, characterized in that the plates (4i) are bordered by passages ensuring free circulation of the fluid around them.

4. Device according to claim 3, characterized in that the deformable wall (1) consists of a flexible membrane stretched over the frame (6).

5. Device according to claim 4, characterized in that the tension (T) of the membrane (1) is linked to the central frequency (fO) of a predetermined acoustic frequency band to be absorbed, by the relation

T, p, and e being respectively the linear tension, the density and the thickness of the membrane, s, the surface of an elementary plate.

6. Device according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the distance (ho) separating the rest plane of the membrane (1) from the plane of the plates (4i) is chosen to prevent significant reflection of the acoustic waves received by the membrane.

7. Device according to claim 6, characterized in that the distance (4) is chosen such that

h0 = #. .S.cos #

16. # 0.C0 being the dynamic viscosity of the fluid, s the surface of an elementary plate, ç the angle of incidence of the acoustic wave on the membrane, pO the density of the fluid, and c0 the speed sound in this fluid.

8. Device according to any one of claims S to 7, characterized in that it comprises, behind the assembly constituted by the membrane (1), its support frame (6) and the fixed plates (4i ), a space limited by a perforated wall (8) disposed in a fixed position parallel and at a distance from said assembly, this wall (8) being pierced with openings (9i) distributed over its entire surface, these openings (9t) having a average dimension (d) much less than the wavelength corresponding to the tuning frequency (f0).

9. Device according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the plates (4X) are fixed on a grid (7) integral with the frame (6) for supporting the membrane (1).

10. Device according to any one of claims 4 to 8, characterized in that the plates (4i) are carried by lugs (11i) formed by stamping a sheet (10), in a plane parallel to that of the sheet, freeing around each plate a free passage (12) for the fluid, through the stamped sheet (10).

11. Device according to any one of claims 4 to 10, characterized in that it comprises several nested groups of plates each arranged in a mesh of a structure of partitions (13) in contact with the membrane, the surfaces of the plates of each group being equal to each other and calculated to ensure the agreement of the viscous dampers of the device with a frequency of agreement (fa, f'O) particular to each group of plates.

12. Device according to any one of claims 2 to 11, characterized in that the plates (4i; 14i; 15i) are of square, rectangular or circular shape.

13. Device according to any one of claims 2 to 12, dimensioned for the absorption of acoustic waves of a wide band of low frequencies.

14. Use of the device according to any one of claims 1 to 13, in a casing of machines, a soundproof room or an anechoic room.