FR3035433A1 - Fenetre comprenant un dispositif d’amortissement acoustique - Google Patents

Fenetre comprenant un dispositif d’amortissement acoustique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne Fenêtre, notamment coulissante, obturant une surface (102) ouverte dans une paroi séparant l'intérieur de l'extérieur, et comprenant un ouvrant (120) et un dormant (110), caractérise en ce qu'elle comporte : a. un silencieux acoustique passif comprenant deux lames (130, 330, 340, 140) parallèles et acoustiquement absorbantes, s'étendant dans plan moyen normal à la surface (102) ouverte, l'une étant fixée à l'ouvrant (120) et l'autre étant fixée au dormant (110), le déplacement de l'ouvrant par rapport au dormant créant entre lesdites lames une fente d'une épaisseur (103) égale à l'ouverture de la fenêtre.

Description

1 L'invention concerne une fenêtre comprenant un dispositif d'amortissement acoustique. L'invention appartient au domaine des ouvertures, plus particulièrement, mais non exclusivement celui des fenêtres ou portes-fenêtres utilisées pour fermer les ouvertures pratiquées dans la façade d'un bâtiment.
L'utilisation de fenêtres à vitrages multiples, mises en oeuvre à partir de profilés techniques précis et stables dimensionnellement pour la constitution de l'ouvrant et du dormant de ladite fenêtre, permet d'assurer une étanchéité parfaite desdites fenêtres et un facteur d'isolation phonique élevé lorsque la fenêtre est fermée. Cependant l'ouverture, même selon un entrebâillement modéré de l'ouvrant dégrade de manière importante cette isolation phonique. Ceci est particulièrement désagréable pour des logements ou des bureaux se trouvant dans des rues bruyantes ou à proximité de voies de circulation, particulièrement dans les étages en hauteur où l'effet des murs antibruit est réduit. Ainsi, les occupants de tels locaux ne peuvent ouvrir les fenêtres plus de quelques minutes sans subir de manière intolérable les effets du bruit extérieur. Le document US 2010 02662138 décrit un exemple de contrôle actif du bruit dans un local fermé. Ce type de contrôle actif nécessite l'installation de haut-parleurs dans la pièce et l'optimisation de leur positionnement. Aussi, ce dispositif de l'art antérieur n'est pas adapté pour une utilisation visant le grand public.
L'invention vise à résoudre les insuffisances de l'art antérieur et concerne à cette fin, une fenêtre, notamment coulissante, obturant une surface ouverte dans une paroi séparant l'intérieur de l'extérieur, et comprenant un ouvrant et un dormant, caractérise en ce qu'elle comporte : a. un silencieux acoustique passif comprenant deux lames parallèles acoustiquement absorbantes, s'étendant dans un plan moyen normal à la surface ouverte, l'une étant fixée à l'ouvrant et l'autre étant fixée au dormant, le déplacement de l'ouvrant par rapport au dormant créant entre lesdites lames une fente d'une épaisseur égale à l'ouverture de la fenêtre.
Ainsi la fente créée lors de l'ouverture de la fenêtre réalise un amortisseur acoustique pour le bruit compris dans des fréquences comprises entre 1000 Hz et 5000 Hz environ. Les lames sont adaptées pour être rapportées sur toute fenêtre 3035433 2 existante, plus particulièrement, mais non exclusivement, une fenêtre à ouvrant coulissant. L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement ou 5 selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, les lames sont constituées chacune d'un profilé en U appliqué contre le châssis de l'ouvrant ou du dormant et rempli d'un matériau absorbant acoustique. Ce mode de réalisation est facile de réalisation. La nature du profilé est adaptée à la nature du châssis.
10 Selon un exemple de réalisation, les lames s'étendent de 25 cm selon la direction normale à la surface ouverte. Cette configuration présente un bon compromis entre l'efficacité du dispositif objet de l'invention et son impact esthétique sur la fenêtre. Selon un mode de réalisation avantageux, la fenêtre objet de l'invention 15 comporte : b. un système d'amortissement acoustique actif comprenant : bi. un haut-parleur placé dans une des lames ; bii, un microphone ; biii. un module électronique de contrôle comprenant des moyens 20 pour analyser le signal capté par le microphone et générer un signal émis par le haut-parleur constituant une contre-onde acoustique au signal capté par le microphone. Ainsi le système d'amortissement actif complète le système d'amortissement passif pour les fréquences inférieures à 1000 Hz.
25 Selon un premier mode de réalisation, le microphone est placé dans la lame liée à l'ouvrant et le haut-parleur est placé dans la lame liée au dormant. Ainsi, le système d'amortissement actif est compris dans les lames de sorte que le dispositif objet de l'invention est adaptable à toute fenêtre existante. Selon un mode de réalisation alternatif ou complémentaire, la fenêtre objet de 30 l'invention comporte un microphone fixé au dormant côté intérieur. Ainsi placé ce microphone capte de manière précise le brut extérieur véhiculé à l'intérieur. La proximité de ce microphone de l'extrémité intérieure du silencieux acoustique luii 3035433 3 permet de capter un signal filtré par ledit silencieux et améliore l'efficacité du traitement acoustique actif. Selon des variantes de réalisation, la fenêtre objet de l'invention comprend un haut-parleur fixé à l'ouvrant et tourné vers l'extérieur, ou un haut-parleur lié à 5 l'ouvrant et tourné vers la fente entre des deux lames, ces deux variantes n'étant pas exclusives l'une de l'autre. Avantageusement la fenêtre objet de l'invention comprend une pluralité de haut-parleurs. Ainsi, l'émission du signal acoustique contraire est optimisée en dirigeant le signal vers les haut-parleurs adaptés en fonction des gammes de fréquences.
10 Aussi, selon un exemple de réalisation de la fenêtre objet de l'invention, une pluralité de haut-parleurs est apte à émettre un signal dans une plage de fréquence s'étendant en dessous 250 Hz et une pluralité de haut-parleurs est apte à émettre un signal acoustique de fréquence supérieure à 250 Hz. Avantageusement, les haut-parleurs sont espacés selon un pas inférieur ou 15 égal à 1/2 longueur d'onde de la plus haute fréquence f de l'efficacité de l'amortissement actif. Ainsi, le nombre de haut-parleurs de gros volume destinés aux basses fréquences est réduit. Avantageusement, la fenêtre objet comprend une pluralité de microphones. Cette disposition permet une captation plus précise du champ acoustique.
20 Avantageusement les microphones de ladite pluralité sont espacés d'un pas inférieur ou égal 1/2 longueur d'onde correspondant à la fréquence maximale fde l'efficacité de l'amortissement actif. L'invention concerne également un procédé pour l'amortissement du bruit extérieur dans un local intérieur comprenant une fenêtre selon l'invention, lequel 25 procédé comprend les étapes consistant à: i. capter le bruit extérieur au moyen d'un microphone ; ii. générer une onde acoustique contraire au signal capté dans la gamme de fréquence comprise entre 80 Hz et 1000 Hz. Ainsi, ce procédé combine l'amortissement passif pour les fréquences élevées 30 et l'amortissement actif pour les basses fréquences, ce qui lui permet d'être efficace sur l'atténuation du bruit extérieur jusqu'à des ouvertures de l'ordre de 10 cm de la 3035433 4 fenêtre. L'invention concerne également un ensemble préconstitué, ou kit, comprenant : u. une lame, destinée à être fixée au dormant d'une fenêtre, constituée d'un profilé en U rempli d'un matériau acoustiquement absorbant, et 5 comprenant un haut-parleur ; y. une lame, destinée à être fixée à l'ouvrant d'une fenêtre, constituée d'un profilé en U rempli d'un matériau acoustiquement absorbant ; w. un microphone ; x. un module électronique de contrôle comprenant des moyens de calcul, 10 des moyens aptes à générer un signal à destination du haut-parleur et des moyens de réception du signal provenant du microphone ; y. des moyens d'alimentation électrique du module électronique. Ce kit est adaptable à une fenêtre existante afin d'améliorer ses performances acoustiques lorsque celle-ci est entrebâillée.
15 Avantageusement, le kit objet de l'invention comprend : z. des moyens photovoltaïques connectés aux moyens d'alimentation électrique. Ainsi ledit kit fonctionne de manière autonome et ne nécessite pas de raccordement au secteur.
20 L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures là 5, dans lesquelles : - la figure 1 représente selon une vie partielle et schématique un exemple de réalisation d'une fenêtre objet de l'invention selon une coupe par un plan horizontal perpendiculaire à la surface ouverte occultée par la fenêtre ; 25 - la figure 2 est une vue de face, côté extérieur de la lame fixée au dormant de la fenêtre objet de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique de principe, selon la même coupe que la figure 1, d'un kit objet de l'invention ; - la figure 4 montre selon une vue schématique en coupe un exemple de 30 réalisation d'un dispositif expérimental pour mesurer l'efficacité d'une fenêtre objet de l'invention en termes d'atténuation acoustique ; - et la figure 5 est un exemple de diagramme d'atténuation acoustique obtenu 3035433 5 au moyen du dispositif de la figure 4. Figure 1, selon un exemple de réalisation, la fenêtre objet de l'invention est une fenêtre coulissante comportant un châssis (110) dormant lié à une façade (101), et un ouvrant (120) supportant un vitrage (121), occultant une surface (102) ouverte 5 dans ladite façade (101). Selon cet exemple de réalisation les montants du dormant (110) et de l'ouvrant (120) sont constitués de profilés d'aluminium à rupture de pont thermique, toutefois, l'invention est adaptable à tout type de menuiserie. De même, l'invention est adaptable à tout type d'ouverture : coulissante, à frappe, à guillotine. Une première lame (130) est fixée au dormant (110) et, selon un exemple de 10 réalisation, cette lame (130) est dissimulée dans le mur (101) constituant la façade. Une seconde lame (140) est fixée à l'ouvrant (120) en vis-à-vis de la première lame (130), de sorte que lorsque la fenêtre est entrebâillée, lesdites lames (140, 130) délimitent une fente d'une épaisseur (103) égale à cet entrebâillement. Selon cet exemple de réalisation, chaque lame est constituée d'un profilé (131, 141) en U, par 15 exemple un profilé en alliage d'aluminium rempli d'un matériau acoustiquement absorbant, par exemple, un matériau poreux ou fibreux. Selon des exemples de réalisation (non représentés) les surfaces des lames (130, 140) sont couvertes d'un revêtement transparent acoustiquement pour des besoins esthétiques, ou encore, les parois des lames (130, 140) à l'intérieur de la fente sont percées d'une pluralité 20 de trous constituant autant de résonateurs de Helmotz et coopérant avec le matériau (132, 142) acoustiquement absorbant pour amortir certaines bandes de fréquence. Selon un exemple de réalisation, les lames (130, 140) s'étendent normalement à la surface (102) ouverte sur une distance (105) de l'ordre de 25 cm. Selon cet exemple de réalisation, la lame (140) liée à l'ouvrant (120) est d'une épaisseur (104) 25 de l'ordre de 6 cm. La fente créée entre les deux lames (130, 140) réalise un silencieux acoustique, efficace dans la gamme des moyennes fréquences, de 1000 Hz à 5000 Hz, lorsque la fenêtre est entrebâillée selon une ouverture (103) allant jusqu'à 10 cm. Au-delà, l'efficacité décroît rapidement avec l'augmentation de l'ouverture.
30 Afin de traiter les basses fréquences, selon un perfectionnement de la fenêtre objet de l'invention, un dispositif d'amortissement actif est installé dans les lames (130, 140). Ce dispositif comprend au moins un haut-parleur (150) préférentiellement 3035433 6 placé dans la lame (130) liée au dormant (110). En effet, cette lame (130) fixe, est avantageusement réalisée selon une épaisseur (106) supérieure à celle de la lame (140) liée à l'ouvrant, pour permettre d'y loger ledit haut-parleur et éventuellement le module électronique de contrôle (non représenté) ou d'autres composants de ce 5 dispositif d'amortissement actif. Selon cet exemple de réalisation, le haut-parleur (150) est tourné vers l'extérieur de la façade. Alternativement, ledit haut-parleur est tourné vers la fente formée par les deux lames (130, 140) lorsque la fenêtre est entrebâillée. Selon cet exemple de réalisation, au moins un microphone (160) est placé dans la lame (140) liée à l'ouvrant. Selon un exemple de mise en oeuvre, ledit 10 microphone (160) est tourné vers la fente ou vers l'extérieur afin de capter le champ acoustique dit primaire, c'est-à-dire régnant à l'extérieur. De manière alternative ou complémentaire, le champ acoustique primaire est mesuré par un ou plusieurs microphones (161) fixés au cadre du dormant à l'intérieur. Avantageusement ce champs est capté par une pluralité de microphones (161) espacés d'une distance 15 inférieure ou égale à la 1/2 longueur d'onde de la fréquencef la plus élevée amortie par le dispositif d'amortissement actif. Selon un exemple non limitatif, f=500 Hz. Le champ acoustique primaire est capté par le microphone (160, 161) ou la pluralité de microphones, et le module électronique (non représenté) calcule une onde acoustique contraire permettant d'annuler ce champ primaire. Le signal 20 électrique correspondant est amplifié et envoyé au haut-parleur (150) qui diffuse le champ acoustique secondaire contrant le champ acoustique primaire. Ainsi, le dispositif de contrôle acoustique actif permet de prolonger l'efficacité de la fenêtre objet de l'invention vers les basses fréquences. Selon un exemple de mise en oeuvre, la fenêtre objet de l'invention est dimensionnée de sorte que le dispositif 25 d'amortissement actif est majoritairement efficace dans la bande de fréquences comprise entre 80 Hz et 500 Hz, alors que le silencieux acoustique passif, formé par la fente entre les lames (130, 140) absorbantes, est majoritairement efficace dans la bande de fréquences comprise entre 500 Hz et 5000 Hz. La fenêtre objet de l'invention comprend avantageusement un capteur, sous la forme d'un contact (non 30 représenté), permettant de désactiver automatiquement le dispositif d'amortissement actif lorsque ladite fenêtre est fermée.
3035433 7 L'ensemble du dispositif actif est avantageusement compris dasn une des deux lames (130, 140) ou dans les deux lames (130, 140) de sorte que les lames ainsi équipées constituent un kit adaptable à un g rand nombre de fenêtres existantes. Figure 2, afin de maintenir l'encombrement du dispositif dans les deux lames, 5 le dispositif actif utilise avantageusement une pluralité de haut-parleurs. Selon un exemple de réalisation, un nombre réduit de haut-parleurs (150, 251, 252) de gros volume est utilisé pour l'émission des basses fréquences, par exemple pour les fréquences inférieures à 250 Hz. Ces haut-parleurs de plus gros volume sont par exemple aptes à émettre dans une plage de fréquences s'étendant entre 80 Hz et 10 5000 Hz. Une pluralité de haut-parleurs (255) de taille réduite est utilisée pour l'émission des fréquences plus élevées afin de densifier le champ secondaire dans les fréquences supérieures à 250 Hz. Ces hauts parleurs destinées aux plus hautes fréquences sont par exemple aptes à émettre un signal dans une plage de fréquences comprise entre 250 Hz et 5000 Hz. Les hauts-parleurs (250, 251, 252) 15 sont disposés selon un pas (201) inférieur ou égal à la 1/2 longueur d'onde de la plus haute fréquence, notée f visée par l'amortissement actif. par exemple un pas de 34 cm pour une fréquence fde 500 Hz. Figure 3, selon un exemple de réalisation, afin de rendre un tel kit autonome, le module électronique de contrôle (370), placé dans la lame (330) destinée à être 20 fixée au dormant, est avantageusement alimenté par une batterie (310) laquelle est chargée par un panneau photovoltaïque (305) placé de manière appropriée, par exemple sur la façade. Le module électronique (370) comprend un port d'entrée (371) apte, à recevoir un signal numérique provenant d'un dispositif (380) d'acquisition. Selon un exemple de réalisation, ledit signal numérique est transmis 25 du dispositif (380) d'acquisition au module électronique (370) par l'intermédiaire d'un signal radio à courte distance, par exemple selon l'un des protocoles WIFIO, Bluetooth0 ou ZigBee0. Un module de calcul (372) permet de calculer une onde contraire au signal reçu sur ledit port d'entrée (371). Un module d'amplification (373) permet de générer le signal alimentant le haut-parleur (350) pour générer le champ 30 acoustique secondaire. Le module électronique de contrôle (370) comporte des moyens de réglage pour adapter la génération champ acoustique secondaire à la 3035433 8 configuration de la fenêtre sur lequel le kit est utilisé. Avantageusement ce réglage est réalisé via l'interface radio (371) en utilisant une série d'émissions programmées et de mesures, en pilotant le dispositif par l'intermédiaire d'un terminal informatique. Ainsi, le protocole de réglage est avantageusement programmé pour un réglage 5 automatique sur une application par exemple pour smartphone. Figure 4, selon un exemple de dispositif expérimental, un caisson acoustique (400) est fermé par une fenêtre (410) selon l'invention pourvue d'un dispositif d'amortissement par silencieux acoustique et d'un dispositif d'amortissement actif,; tels que ceux-ci ont été décrit ci-avant. Un bruit est généré à l'intérieur dudit caisson 10 (400) par exemple au moyen d'un haut -parleur (350). Un sonomètre (491) est placé à l'intérieur du caisson et un autre sonomètre (492) est placé devant la fenêtre (410) à l'extérieur du caisson (400). La mesure à un instant donné de la puissance acoustique captée sur les deux sonomètres (491, 492) permet de mesurer l'atténuation sonore procurée par la fenêtre (410) selon différentes configurations.
15 Figure 5, la mesure est d'abord réalisée fenêtre fermée et montre dans un diagramme ayant pour abscisse (510) la fréquence en ordonnée (502), l'atténuation en dB, l'atténuation (510) procurée par la fenêtre lorsque celle-ci est fermée. Une courbe (511) témoin est réalisée en mesurant l'atténuation procurée pa une fenêtre, non équipée des dispositifs d'amortissement passifs et actifs, lorsque ladite fenêtre 20 est entrebâillée de 10 cm. Finalement la troisième courbe montre l'atténuation procurée par la fenêtre objet de l'invention, équipée des dispositifs actifs et passifs d'amortissement acoustique, lorsque celle-ci est entrebâillée de 10 cm. Cette courbe (512) fait clairement apparaître la zone (513) d'efficacité de l'amortissement actif aux fréquences sensiblement inférieures à 500 Hz.
25 La description ci-avant et les exemples de réalisation, montrent que l'invention atteint le but visé, et permet d'obtenir une atténuation du bruit extérieur de l'ordre de 25 dB lorsque la fenêtre est entrebâillée, permettant ainsi à l'utilisateur d'une telle fenêtre de bénéficier d'une aération sans subir les nuisances sonores. 30

Claims (16)

  1. REVENDICATIONS1. Fenêtre, notamment coulissante, obturant une surface (102) ouverte dans une paroi séparant l'intérieur de l'extérieur, et comprenant un ouvrant (120) et un dormant (110), caractérisée en ce qu'elle comporte : a. un silencieux acoustique passif comprenant deux lames (130, 330, 340, 140) parallèles et acoustiquement absorbantes, s'étendant dans plan moyen normal à la surface (102) ouverte, l'une étant fixée à l'ouvrant (120) et l'autre étant fixée au dormant (110), le déplacement de l'ouvrant par rapport au dormant créant entre lesdites lames une fente d'une épaisseur (103) égale à l'ouverture de la fenêtre.
  2. 2. Fenêtre selon la revendication 1, dans laquelle les lames (130, 140) sont constituées chacune d'un profilé (131, 141) en U appliqué contre le châssis de l'ouvrant ou du dormant et rempli d'un matériau (132, 142) absorbant acoustique.
  3. 3. Fenêtre selon la revendication 1, dans laquelle les lames (130, 140) s'étendent de 25 cm selon la direction normale à la surface (102) ouverte.
  4. 4. Fenêtre selon la revendication 1, comprenant : b. un système d'amortissement acoustique actif comprenant : bi. un haut-parleur (150, 251, 252, 255, 350) placé dans une des lames ; bii, un microphone (160, 360) ; biii. un module électronique (370) de contrôle comprenant des moyens pour analyser le signal capté par le microphone (160, 360) et générer un signal émis par le haut-parleur ledit signal constituant une contre-onde acoustique au signal capté par le microphone (160, 360). 3035433 10
  5. 5. Fenêtre selon la revendication 4, dans lequel le microphone (160, 360) est placé dans la lame (140, 340) liée à l'ouvrant et le haut-parleur est placé dans lame (130, 330) liée au dormant.
  6. 6. Fenêtre selon la revendication 4, comprenant un microphone (161) fixé 5 au dormant côté intérieur.
  7. 7. Fenêtre selon la revendication 4, comprenant un haut-parleur (150) placé dans la lame liée au dormant et tourné vers l'extérieur.
  8. 8. Fenêtre selon la revendication 4, comprenant un haut-parleur placé dans la lame liée au dormant et tourné vers la lame liée à l'ouvrant 10
  9. 9. Fenêtre selon la revendication 4, comprenant une pluralité de haut- parleurs (150, 251, 252, 255).
  10. 10. Fenêtre selon la revendication 9, comprenant une pluralité de haut-parleurs (150, 251, 252) aptes à émettre un signal dans une fréquence s'étendant dans les fréquences inférieures 250 Hz, et une pluralité de 15 haut-parleurs (255) aptes à émettre un signal acoustique de fréquence supérieure à 250 Hz.
  11. 11. Fenêtre selon la revendication 5 ou la revendication 6, comprenant une pluralité de microphones.
  12. 12. Fenêtre selon la revendication 11, apte à générer un amortissement 20 actif jusqu'à une fréquence maximale f, et comprenant une pluralité de microphones fixés au dormant à l'intérieur, lesdits microphones étant espacés d'une distance inférieure ou égale à la 1/2 longueur d'onde correspondant à la fréquence f
  13. 13. Fenêtre selon la revendication 10, dans laquelle les haut-parleurs (150, 25 251, 252) sont espacés selon un pas (201) inférieur ou égal à 1/2 longueur d'onde de la plus haute fréquence, f de l'amortissement actif. 3035433 11
  14. 14. Procédé pour l'amortissement du bruit extérieur dans un local intérieur comprenant une fenêtre selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : i. capter le bruit extérieur au moyen d'un microphone ; 5 ii. générer une onde acoustique contraire au signal capté dans une gamme de fréquences comprises entre 80 Hz et 1000 Hz.
  15. 15. Ensemble préconstitué, ou kit, comprenant : u. une lame (330), destinée à être fixée au dormant d'une fenêtre, constituée d'un profilé en U rempli d'un matériau 10 acoustiquement absorbant, et comprenant un haut-parleur et (350) un module électronique (370) apte à générer un signal à destination du haut-parleur et des moyens (371) de réception d'un signal; y. une lame (340), destinée à être fixée à l'ouvrant d'une fenêtre, 15 constituée d'un profilé en U rempli d'un matériau acoustiquement absorbant ; w. un microphone (360) ; x. un module électronique (370) de contrôle comprenant des moyens de calcul, des moyens (380) aptes à générer et émettre 20 un signal à destination du haut-parleur et des moyens (371) de réception du signal provenant du microphone ; y. des moyens d'alimentation électrique du module électronique.
  16. 16. Ensemble selon la revendication 12, comprenant : z. des moyens (305) photovoltaïques connectés aux moyens 25 d'alimentation.
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