FR2833278A1 - Modular sound absorbing panel of concrete and wood particles has cavities on opposite side to source of noise forming Helmholtz resonators - Google Patents
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Abstract
Description
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PANNEAU MODULAIRE ABSORBANT ET ECRAN ANTI-BRUIT INTEGRANT DE TELS PANNEAUX L'invention concerne tout d'abord un panneau modulaire, destiné à absorber les vibrations sonores, selon une gamme de fréquences déterminée, en étant intégré par exemple au sein d'un écran anti-bruit, mais également au sein de revêtements de façade d'immeuble. The invention relates first of all to a modular panel, intended to absorb sound vibrations, according to a determined frequency range, by being integrated for example into an anti-noise screen. -noise, but also within building facade coverings.
Elle concerne également les écrans anti-bruit et les revêtements desdites façades intégrant ces panneaux. It also relates to the noise barriers and the coatings of said facades incorporating these panels.
Depuis longtemps déjà, on cherche à lutter contre les nuisances sonores, et notamment celles générées par les trafics routiers, ferroviaires, les travaux publics etc.., et notamment à lutter contre les vibrations sonores dont les fréquences sont relativement basses, générées par ce type de trafic. For a long time now, we have been seeking to fight against noise pollution, and in particular those generated by road traffic, railways, public works, etc., and in particular to fight against sound vibrations whose frequencies are relatively low, generated by this type. traffic.
Traditionnellement, il est fait appel à des structures interposées entre la source sonore et le site que l'on souhaite protéger, ces structures étant susceptibles d'absorber des vibrations génératrices du bruit, notamment par piégeage au sein des cavités intrinsèques. L'application la plus répandue concerne la protection des habitations disposées à proximité des voies de communication. Si certes, l'invention sera plus particulièrement décrite en relation avec cette application, il est évident qu'elle ne saurait se limiter à celle-ci, et qu'elle peut être utilisée dans d'autres domaines, tels que
par exemple pour isoler des machines, installations, également génératrices de bruit, ZD ou être mise en place au niveau de voies de communication si celles-ci sont partiellement obturées ou enterrées. Traditionally, use is made of structures interposed between the sound source and the site that it is desired to protect, these structures being capable of absorbing vibrations generating noise, in particular by trapping within the intrinsic cavities. The most widespread application concerns the protection of dwellings located near communication routes. If, of course, the invention will be more particularly described in relation to this application, it is obvious that it cannot be limited to it, and that it can be used in other fields, such as
for example to isolate machines, installations, also generating noise, ZD or to be installed at the level of communication channels if these are partially blocked or buried.
Ces structures se présentent généralement sous la forme d'écran, constitué d'une pluralité de panneaux juxtaposés, comportant sur la face exposée à la source de bruit un revêtement absorbant et ayant pour fonction l'absorption des énergies sonores émises et l'atténuation de la transmission par réflexion ou réverbération. These structures are generally in the form of a screen, consisting of a plurality of juxtaposed panels, comprising on the face exposed to the noise source an absorbent coating and having the function of absorbing the sound energies emitted and attenuating transmission by reflection or reverberation.
Parmi les différents matériaux absorbants connus utilisés à ce jour, le béton de bois,
c'est à dire le matériau obtenu par le mélange de copeaux et de particules de bois e traitées, notamment par silicification avec du ciment et de l'eau, donne de bons résultats. Among the various known absorbent materials used to date, wood concrete,
that is to say the material obtained by the mixture of wood chips and treated particles, in particular by silicification with cement and water, gives good results.
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Pour autant, les différentes analyses et études effectuées montrent qu'à ce jour, les panneaux réalisés en ce matériau ne sont pas très efficaces pour l'absorption des nuisances sonores en basses fréquences, c'est à dire celles générées par la circulation automobile ou trafic ferroviaire notamment. However, the various analyzes and studies carried out show that to date, the panels made of this material are not very effective for absorbing noise pollution at low frequencies, that is to say those generated by automobile traffic or rail traffic in particular.
On a proposé, afin de surmonter ces inconvénients, par exemple dans le document FRA-2 765 907, d'adjoindre à de tels panneaux une couche de matériau fibreux absorbant, ménagée au niveau de la face opposée à la face du panneau dirigé vers la source sonore, et à adjoindre au matériau constitutif desdits panneaux, un matériau minéral poreux, tel que par exemple des pouzzolanes naturelles, du laitier bouleté, de l'argile, la lave expansée ou du mâchefer. It has been proposed, in order to overcome these drawbacks, for example in document FRA-2,765,907, to add to such panels a layer of absorbent fibrous material, formed at the level of the face opposite to the face of the panel directed towards the sound source, and to add to the constituent material of said panels, a porous mineral material, such as for example natural pozzolans, pelletized slag, clay, expanded lava or clinker.
Les pouzzolanes sont de manière connue des roches volcaniques poreuses, de composition trachytique. Le laitier est un sous-produit de la fonderie, utilisé dans le cadre de l'invention sous forme de boulet. Le mâchefer est de manière connue un sousproduit de la combustion du charbon. Pozzolans are in a known manner porous volcanic rocks, of trachytic composition. Slag is a by-product of the foundry, used in the context of the invention in the form of a ball. Clinker is in known manner a by-product of the combustion of coal.
L'intégration de tels composants au béton de bois aboutit à l'augmentation de la résistance mécanique des panneaux ainsi obtenus, mais optimise également la qualité d'absorption des sons par les panneaux en résultant. The integration of such components into wood concrete leads to an increase in the mechanical resistance of the panels thus obtained, but also optimizes the quality of sound absorption by the resulting panels.
Si certes, on a pu noter une amélioration notable des capacités d'absorption des vibrations acoustiques, notamment au niveau des basses fréquences, les panneaux ainsi obtenus présentent néanmoins quelques déficiences au niveau de l'absorption à ce niveau de fréquences. While it has certainly been possible to note a significant improvement in the absorption capacities of acoustic vibrations, in particular at the low frequency level, the panels thus obtained nevertheless have some deficiencies in the absorption level at this frequency level.
L'objet de la présente invention est d'optimiser encore la capacité de tels panneaux à absorber les vibrations d'origine acoustique, notamment au niveau de ces basses fréquences. The object of the present invention is to further optimize the capacity of such panels to absorb vibrations of acoustic origin, in particular at these low frequencies.
Selon l'invention, ce panneau modulaire absorbant pour la réalisation d'écran antibruit est réalisé par moulage ou pressage de béton, au sein duquel sont incorporées des particules de bois traitées, intègre une pluralité de cavités, ouvertes en direction de la face opposée à la source sonore, et faisant fonction de résonateurs de Helmotz. According to the invention, this absorbent modular panel for producing a noise barrier is made by molding or pressing concrete, within which are incorporated treated wood particles, incorporates a plurality of cavities, open in the direction of the face opposite to the sound source, and acting as Helmotz resonators.
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Les résultats des analyses et études réalisées avec des panneaux conformes à l'invention, montrent, ainsi qu'il sera décrit ultérieurement, une optimisation très sensible des capacités d'absorption des vibrations sonores au niveau des basses fréquences, en tout cas largement au dessus de celles observées avec les panneaux disponibles à ce jour. The results of the analyzes and studies carried out with panels in accordance with the invention show, as will be described later, a very significant optimization of the absorption capacities of sound vibrations at the level of low frequencies, in any case largely above of those observed with the panels available to date.
Selon l'invention, ces résonateurs de Helmotz sont constitués par l'association d'un col, non débouchant au niveau de la face des panneaux dirigée vers la source sonore, se prolongeant au niveau de son autre extrémité par une cavité de diamètre plus important, débouchant, quant à elle, sur la face du panneau opposée à la source sonore. According to the invention, these Helmotz resonators are formed by the association of a neck, not opening at the face of the panels directed towards the sound source, extending at its other end by a cavity of larger diameter , which, in turn, leads to the face of the panel opposite the sound source.
Avantageusement, la surface couverte par lesdites cavités constitutives des résonateurs de Helmotz représente au moins 25 % de la surface effective du panneau. Advantageously, the surface covered by said constitutive cavities of the Helmotz resonators represents at least 25% of the effective surface of the panel.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, et afin d'optimiser l'efficacité d'absorption, la face du panneau opposée à la face destinée à être dirigée vers la source sonore, reçoit une couche d'un matériau fibreux absorbant, choisi dans le groupe comprenant la laine de roche, la laine de verre, les mousses ouvertes, telles que notamment le polyuréthane, et les fibres de bois agglomérées avec du ciment et compactées et séchées, tels que par exemple commercialisée sous la marque déposée FIBRACOUSTIC @ (par FIBRALITH). According to another advantageous characteristic of the invention, and in order to optimize the absorption efficiency, the face of the panel opposite the face intended to be directed towards the sound source, receives a layer of an absorbent fibrous material, chosen in the group comprising rock wool, glass wool, open foams, such as in particular polyurethane, and wood fibers agglomerated with cement and compacted and dried, such as for example marketed under the registered trademark FIBRACOUSTIC @ ( by FIBRALITH).
En outre et avantageusement, le matériau constitutif du panneau modulaire conforme à l'invention, intègre également un matériau minéral poreux, tel que par exemple les pouzzolanes naturelles, le laitier bouleté, l'argile, la lave expansée, le mâchefer. In addition and advantageously, the material constituting the modular panel according to the invention also incorporates a porous mineral material, such as for example natural pozzolans, pelletized slag, clay, expanded lava, clinker.
L'invention concerne également un écran anti-bruit, intégrant de tels panneaux. Celuici est constitué d'une structure porteuse et d'une couche absorbante, positionnée au regard de la source sonore, ladite couche absorbante étant constituée des panneaux absorbants du type précité. The invention also relates to an anti-noise screen, incorporating such panels. This consists of a supporting structure and an absorbent layer, positioned facing the sound source, said absorbent layer consisting of absorbent panels of the aforementioned type.
Selon une variante de l'invention, la couche absorbante est constituée par l'alternance de panneaux absorbants du type précité, et de panneaux absorbants exempts de tout résonateur de Helmotz. Ce faisant, on couvre une large gamme de fréquences des vibrations sonores, permettant ainsi d'optimiser le caractère anti-bruit de l'écran en résultant, pour une grande variété de sources sonores. According to a variant of the invention, the absorbent layer consists of alternating absorbent panels of the aforementioned type, and absorbent panels free from any Helmotz resonator. In doing so, a wide range of frequencies of sound vibrations is covered, thus making it possible to optimize the anti-noise character of the resulting screen, for a wide variety of sound sources.
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La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. The manner in which the invention can be implemented and the advantages which ensue therefrom will emerge more clearly from the embodiment which follows, given by way of indication and not limiting in support of the appended figures.
La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un panneau modulaire conforme à l'invention, et plus particulièrement de la face dudit panneau destiné à être dirigée à l'opposé de la source sonore. Figure 1 is a schematic perspective representation of a modular panel according to the invention, and more particularly of the face of said panel intended to be directed opposite the sound source.
La figure 2 est une représentation schématique en section longitudinale d'un tel panneau. Figure 2 is a schematic representation in longitudinal section of such a panel.
La figure 3 est une représentation schématique en plan dudit panneau. Figure 3 is a schematic plan view of said panel.
La figure 4 est une représentation schématique d'un écran anti-bruit réalisé au moyen de panneaux conformes à l'invention, dont la figure 5 est une représentation schématique en section. Figure 4 is a schematic representation of an anti-noise screen produced by means of panels according to the invention, of which Figure 5 is a schematic representation in section.
La figure 6 est une représentation schématique d'un mode de fixation des panneaux pour la réalisation d'un écran anti-bruit conforme à l'invention. Figure 6 is a schematic representation of a method of fixing the panels for the production of an anti-noise screen according to the invention.
La figure 7 est un graphique représentant la variation relative du coefficient d'atténuation aL en fonction de la fréquence pour des panneaux mis en place conformément à l'invention. FIG. 7 is a graph showing the relative variation of the attenuation coefficient aL as a function of the frequency for panels installed in accordance with the invention.
La description qui suit concerne tout particulièrement des panneaux destinés à être mis en place au niveau d'écrans anti-bruit, placés le long de voies de communication routières ou ferroviaires. Bien entendu, il convient de rappeler que cette application n'est nullement limitative. The following description relates more particularly to panels intended to be installed at the level of noise barriers, placed along road or rail communication routes. Of course, it should be remembered that this application is in no way limiting.
Ces écrans anti-bruit peuvent être soit mis en place au niveau d'une structure porteuse, intercalées entre la source sonore et la zone à protéger du bruit, notamment des habitations, soit être mis en place directement au niveau de la façade des habitations concernées. These anti-noise screens can either be installed at the level of a supporting structure, interposed between the sound source and the area to be protected from noise, in particular from dwellings, or can be installed directly at the facade of the dwellings concerned. .
Une telle structure porteuse est typiquement réalisée en béton armé, sur laquelle viennent se fixer les panneaux anti-bruit conformément à l'invention. Such a supporting structure is typically made of reinforced concrete, on which the anti-noise panels are fixed in accordance with the invention.
Ces écrans anti-bruit sont donc constitués de panneaux modulaires assemblées les uns
à côté des autres. Ces panneaux (1) sont réalisés par moulage ou pressage de béton au Il > sein duquel sont incorporées des particules de bois traitées. Ces particules peuvent être constituées de copeaux de bois ou de sciure de bois, ayant subi un traitement d'imputrescibilité, consistant de manière connue à traiter thermiquement les morceaux These noise barriers therefore consist of modular panels assembled together.
next to the others. These panels (1) are produced by molding or pressing concrete into which> are incorporated treated wood particles. These particles may consist of wood chips or sawdust, having undergone a rot-proofing treatment, consisting in a known manner of heat treating the pieces
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de bois par échauffement jusqu'à des températures comprises entre 400 et 800 C, puis à faire subir à ces morceaux de bois une double action chimique, à savoir par un sel de calcium soluble, puis par un silicate soluble, afin de stabiliser les fibres de bois et de
créer des micro-cavités permettant l'obtention d'agrégats inertes. of wood by heating up to temperatures between 400 and 800 C, then subjecting these pieces of wood to a double chemical action, namely by a soluble calcium salt, then by a soluble silicate, in order to stabilize the fibers wood and
create micro-cavities allowing the obtaining of inert aggregates.
ZD
Ce béton de bois a, par exemple, été décrit dans le document FR-A-2 499 551. ZD
This wood concrete has, for example, been described in document FR-A-2 499 551.
Avantageusement les copeaux de bois constitutifs du béton de bois sont mélangés à des pouzzolanes naturelles, notamment à des trachy-andésites broyées, ainsi que du ciment, les proportions respectives de pouzzolanes, de bois et de ciment étant sensiblement égales en poids. Le dosage en eau de ce mélange est adapté à la technique de fabrication. Advantageously, the wood chips constituting the wood concrete are mixed with natural pozzolans, in particular with ground trachy-andesites, as well as cement, the respective proportions of pozzolans, wood and cement being substantially equal by weight. The water dosage of this mixture is adapted to the manufacturing technique.
Les pouzzolanes peuvent être remplacées par du laitier bouleté, de l'argile, de la lave expansée ou du mâchefer. Pozzolans can be replaced by pelletized slag, clay, expanded lava or clinker.
Ces panneaux ont été plus particulièrement décrits en relation avec les figures 1,2 et 3. These panels have been more particularly described in relation to FIGS. 1, 2 and 3.
Ils sont de forme générale carrée et présentent deux faces principales, respectivement une face (6), destinée à être dirigée en direction de la source sonore dont on souhaite se protéger, et une face (3) destinée à être dirigée contre la structure porteuse de l'écran anti-bruit ou directement contre la façade de l'habitation à protéger du bruit. They are generally square in shape and have two main faces, respectively a face (6), intended to be directed in the direction of the sound source from which one wishes to protect, and a face (3) intended to be directed against the load-bearing structure of the noise barrier or directly against the front of the house to protect from noise.
Ils reposent contre la structure porteuse ou contre la façade par l'intermédiaire d'une moulure périphérique (2) issue de moulage, ménageant ainsi un volume (8) susceptible de recevoir, ainsi que décrit ci-après une couche en un matériau fibreux absorbant. They rest against the supporting structure or against the facade by means of a peripheral molding (2) after molding, thus providing a volume (8) capable of receiving, as described below a layer of absorbent fibrous material. .
Selon une caractéristique de l'invention, les panneaux intègrent des résonateurs de Helmotz (4) obtenus lors de l'étape de moulage ou du pressage du panneau. According to a characteristic of the invention, the panels incorporate Helmotz resonators (4) obtained during the molding step or the pressing of the panel.
Ces résonateurs de Helmotz sont constitués tout d'abord d'un col (5), dont l'une des extrémités est noyée dans la masse en direction de la face (6) dirigée vers la source sonore, et dont l'autre extrémité débouche au niveau d'une cavité (7), de diamètre plus important que le col (5), ladite cavité (7) débouchant à son tour au niveau de la face (3) dudit panneau dirigée à l'opposé de la source sonore, c'est à dire contre la structure porteuse de l'écran anti-bruit ou contre la surface de l'habitation à protéger. En outre, cette cavité (7) s'évase légèrement entre sa jonction avec le col (5) et la face (3) du panneau. These Helmotz resonators consist first of all of a neck (5), one end of which is embedded in the mass in the direction of the face (6) directed towards the sound source, and the other end of which opens out at a cavity (7), of larger diameter than the neck (5), said cavity (7) in turn opening at the face (3) of said panel directed opposite the sound source, ie against the supporting structure of the noise barrier or against the surface of the house to be protected. In addition, this cavity (7) widens slightly between its junction with the neck (5) and the face (3) of the panel.
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Les résonateurs de Helmotz fonctionnent selon un principe bien connu, qu'il n'y a pas lieu de décrire ici en détail. Helmotz resonators operate on a well-known principle, which need not be described in detail here.
Il est simplement précisé que l'on met en oeuvre leurs propriétés physiques, en vue d'aboutir à une absorption des vibrations, leur efficacité dépendant respectivement du diamètre du col, du diamètre de la cavité, de la longueur respective de ces différents éléments. It is simply specified that their physical properties are used, with a view to absorbing vibrations, their effectiveness depending respectively on the diameter of the neck, the diameter of the cavity, the respective length of these different elements.
Chacun de ces panneaux (1) comporte plusieurs de ces résonateurs, répartis sensiblement sur toute la surface, tel qu'on peut bien l'observer par exemple sur les figures 1 et 3. Each of these panels (1) comprises several of these resonators, distributed substantially over the entire surface, as can be observed for example in FIGS. 1 and 3.
Avantageusement, le volume (8) défini par la corniche périphérique (2) de chacun des panneaux reçoit un matériau fibreux absorbant (9), solidarisé auxdits panneaux par collage ou clouage, voire simplement par emboîtage. Ce matériau fibreux absorbant (9) est par exemple réalisé en laine de verre, laine de roche ou un matériau commercialisé sous la marque FIBRACOUSTIC. Advantageously, the volume (8) defined by the peripheral cornice (2) of each of the panels receives an absorbent fibrous material (9), secured to said panels by gluing or nailing, or even simply by fitting. This absorbent fibrous material (9) is for example made of glass wool, rock wool or a material sold under the brand FIBRACOUSTIC.
L'invention concerne également les écrans anti-bruit mettant en oeuvre de tels panneaux. Ces écrans anti-bruit sont constitués d'une structure porteuse (10), réalisée en béton armé, recevant les panneaux (1) sur sa face dirigée vers la source sonore. The invention also relates to anti-noise screens using such panels. These noise barriers consist of a support structure (10), made of reinforced concrete, receiving the panels (1) on its face directed towards the sound source.
Ces panneaux sont fixés à la structure porteuse par tout moyen connu, tel que par exemple représenté dans la figure 6. En l'espèce, une équerre de fixation (12) est solidarisée au moyen d'une cheville (13) sur la structure porteuse (10). Le voisinage de l'extrémité libre de cette équerre (12) présente un orifice traversant (14), au sein duquel vient s'insérer une tige métallique (15), orientée perpendiculairement par rapport à ladite extrémité libre, et insérée au niveau de ses deux extrémités au niveau de logement (16), prévus à cet effet au niveau de la moulure périphérique (2) de deux panneaux adjacents. These panels are fixed to the support structure by any known means, such as for example shown in FIG. 6. In the present case, a fixing bracket (12) is secured by means of a dowel (13) to the support structure (10). The vicinity of the free end of this bracket (12) has a through hole (14), within which is inserted a metal rod (15), oriented perpendicularly to said free end, and inserted at its two ends at the housing level (16), provided for this purpose at the peripheral molding (2) of two adjacent panels.
Bien évidemment, d'autres moyens de fixation peuvent également être envisagés. Obviously, other fixing means can also be envisaged.
Dans une forme de réalisation tout particulièrement avantageuse, et représentée en relation avec les figures 4 et 5, on réalise un écran anti-bruit présentant en alternance des panneaux modulaires réalisés en béton de bois d'un type traditionnel, et des panneaux modulaires réalisés conformément à la présente invention, c'est à dire munis In a particularly advantageous embodiment, and shown in relation to FIGS. 4 and 5, an anti-noise screen is produced which alternately has modular panels made of wood concrete of a traditional type, and modular panels made in accordance to the present invention, that is to say provided
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de résonateurs de Helmotz. On a représenté d'ailleurs en relation avec la figure 5, une vue en section de tels écrans. Helmotz resonators. Also shown in relation to Figure 5, a sectional view of such screens.
Ce faisant, on aboutit à une absorption des vibrations sonores dans un large spectre de fréquence. In doing so, we end up absorbing sound vibrations in a wide frequency spectrum.
A cet égard, on a représenté sur la figure 7 une variation du coefficient aL, c'est à dire du coefficient d'atténuation in situ (norme NFS 31.089) en fonction de la fréquence des vibrations, respectivement pour un écran réalisé à partir de panneaux en béton de bois classiques, pour un écran réalisé à partir de panneaux conformes à la présente invention, et pour une structure mixte associant les deux types de panneaux, et telle que décrite en relation avec les figures 4 et 5. In this regard, there is shown in Figure 7 a variation of the coefficient aL, that is to say the in situ attenuation coefficient (standard NFS 31.089) as a function of the frequency of the vibrations, respectively for a screen produced from conventional wooden concrete panels, for a screen produced from panels in accordance with the present invention, and for a mixed structure associating the two types of panels, and as described in relation to FIGS. 4 and 5.
On peut ainsi observer les excellents résultats obtenus par le panneau conforme à l'invention au niveau des basses fréquences, puisque le coefficient d'atténuation aL atteint des valeurs comprises entre 0,7 et 0,9 pour une gamme de fréquences comprises entre 200 et 400 Hertz, à comparer avec les valeurs de ce coefficient comprises entre 0,1 et 0,3 pour des panneaux traditionnels pour cette même gamme de fréquences. We can thus observe the excellent results obtained by the panel according to the invention at the low frequency level, since the attenuation coefficient aL reaches values between 0.7 and 0.9 for a range of frequencies between 200 and 400 Hertz, to compare with the values of this coefficient between 0.1 and 0.3 for traditional panels for this same range of frequencies.
Parallèlement, on peut également observer les excellents résultats obtenus avec une structure mixte, puisque la valeur du coefficient d'atténuation OCL est systématiquement au dessus de 0,7, quelle que soit la fréquence des vibrations sonores.. At the same time, we can also observe the excellent results obtained with a mixed structure, since the value of the attenuation coefficient OCL is systematically above 0.7, regardless of the frequency of the sound vibrations.
Ainsi, les écrans anti-bruit réalisés à partir des panneaux conformes à l'invention permettent d'améliorer de manière significative l'absorption des bruits dans toute la gamme de fréquences auxquelles on est confronté dans le domaine routier et ferroviaire, s'avérant de fait tout à fait adaptés à la protection des nuisances sonores inhérentes aux trafics correspondants. Thus, the anti-noise screens produced from the panels in accordance with the invention make it possible to significantly improve the absorption of noise in the whole range of frequencies with which we are confronted in the road and rail sector, proving to be made entirely suitable for the protection of noise pollution inherent in the corresponding traffic.
En outre, la facilité de fabrication et de pose de tels panneaux présente un intérêt certain en termes de coût de réalisation de tels écrans anti-bruit, notamment pour les collectivités locales et territoriales.In addition, the ease of manufacturing and installing such panels is of definite interest in terms of the cost of producing such noise barriers, in particular for local and regional authorities.
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