LU80501A1 - Structure d'absorption du son - Google Patents

Description

- 3 D. 5o.l99

» 1 GBAND-DUCHË DE LUXEMBOURG

Brevet N°.................Q.....y......0. Q | du .....9.....Tï.QVôïTtbïT.Çi.....1918 Monsieur le Ministre .... , de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes

Service de la Propriété Industrielle LUXEMBOURG

Demande de Brevet d’invention I. Requête ......Lg... sqç i été ..Öite :.....ELEKTRON IKCENTRM,EN, Venliqhe5svei.....4,......à (1) ... 2970 H0RSKÇ&M,.....Danemark, représentée par Honsieur Jacques.........

.......de. .frlmyg.qa:,.....agissant en qualité de mandataire........................................................................(2> dépose ce neuf novembre l$oo soixante-dix-huit <z) à...........15........... ... heures, au Ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, à Luxembourg : 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : , ........i'.Str uc tur & dlabsorption .....du sou" .................................................................................................................................(4) > .......................................................................................................................................................................................*..............*........................................................................................

déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur® est (sont) : ......................5Ό^.Λ ...............................................(5) 2. la délégation de pouvoir, datée de .......................................-.......................- le ......................................................................

S. la description en langue......................................... de l’Invention en deux exemplaires ; 4................3.............. planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enrc-gistrement à Luxembourg, le.........2...iîQ.y.;r:bre...J.52a.............................-........................................................................................................................................................................

revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demandas) de ' (6) ....................St............................................... déposée(s) Ad. (7) ...a».....D.LLÊinæek................................................................................

le.........1ο....ηον.Γ·, .....191.7............(No..·......41.3.4/7.1) - .....? oûfc.....1913........................................(8) ...................Γτο......3.4.52/7.3).......................................................................................................................................-.................................................................

au nom de ...ΐΛ...;ΑΐΑ'χ:.Ξ1.1~Γ:Χ.β..................................................................................................................................................................................... O) élit dcmleilô pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg ....................................

........35,.....h? d.............................................................................................................................................................................................................. do) seïHcffe la délivrance d’un brevet d’invtnlîon pour l’objet décrit et représenté dans les annexes ----»------ 1 p * susrr/inilonnées, — &vee ajournerr.tirt de celte délivrance a .. ±.Q.—....................... mois.

) IL Fr ('s-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d'invention a été déposée au ministère de l’Économie Nationale et des Classes Moyennes, Service de la Propriété Indxsurelïe à Luxembourg, en date du: ? \ 13 19/3 , .0 V (\v.\ \y ......Pr. le Ministre V à............15............heures / \ de Isonomie Nationale et des Casses Moyennes, : P- à.

A ÉSûiff D. 5o.l99

REVENDICATION DE LA PRIORITE

de la demande de brevet / JÉri Au DANEMARK Du 10 NOVEMBRE 1977

Du 4 AOÛT 1978_ Mémoire Descriptif déposé à l’appui d’une demande de

BREVET D’INVENTION

au

Luxembourg

au nom de: ELEKTRONIKCENTRALEN

pour: "Structure d'absorption du son", * > 4

La présente invention concerne une structure d'absorption du son ayant un ensemble de rainures linéaires et parallèles formant une surface, et des nervures placées entre les rainures pour amortir un champ sonore qui crée 5 dans lesdites rainures, et dans une direction normale à ladite surface, un système d'oscillations stationnaires.

Sur les aéroports et les autoroutes, il se produit fréquemment un bruit très intense qui est très éprouvant pour les environs immédiats de ces installations. On sait 10 qu'en établissant des levées de terre le long desdites * installations, on limite appréciablement la nuisance du » bruit, mais de telles levées sont d'une part coûteuses, d'autre part inesthétiques dans le paysage, et parfois également gênantes, par exemple pour atterrir à l'aéroport. 15 Le brevet US 3 783 368 décrit une barrière anti bruit ayant la forme d'un panneau comprenant des prismes triangulaires allongés qui affaiblissent fortement un son frappant orthogonalement le panneau, et où l'affaiblissement est principalement basé sur un effet inverse de cor-20 net avec adaptation d'impédance, sur d'importants remous à l'étranglement du cornet, et en outre sur l'apport éventuel d'un matériau absorbant introduit dans les prismes séparant les cornets. Il est exact que de tels panneaux peuvent être fabriqués partiellement en matériau transparent, mais ils 25 constituent encore des obstacles gênants pour la vue et pour leur franchissement éventuel. De plus, ils sont coûteux.

>

On sait en outre que des résonateurs de Helmholtz incorporés à un mur ont un effet d'amortissement, et, 30 d'après les brevets GB 956 611 et 1 020 421 par exemple, on connaît des résonateurs de Helmholtz linéaires qui peuvent être installés dans des murs ou des cloisons afin 2 de réduire la transmission du son à travers lesdits murs et de réduire la réverbération dans une salle adjacente. Comme l'on sait, les résonateurs de Helmholtz ont un effet d'amortissement parce qu'un champ sonore orthogonal au mur T 5 introduit ou provoque un système d'ondes stationnaires à l'intérieur du résonateur lequel, n'étant pas exempt de pertes, absorbe une partie de l'énergie du champ sonore qui est amorti en conséquence.

La présente invention a pour but de réaliser une 10 structure d'absorption du son du genre ci-dessus mentionné, qui ne fait pas saillie dans le champ sonore à amortir, , qui ne gêne donc pas la visibilité, qui ne forme même pas obstacle à son franchissement, qui est en outre moins coûteuse que les structures connues et qui présente réel-15 lement un amortissement élevé pour l'espace exigé.

Selon l'invention, ce résultat est obtenu par un couplage acoustique entre rainures adjacentes, aux fréquences à amortir, et par le fait que la surface de la structure d1absorption du son est sensiblement parallèle à la 20 direction de propagation du champ sonore à amortir.

Par ces mesures, on obtient un bon couplage entre la structure d’absorption du son et le champ sonore se propageant parallèlement à ladite structure, bien qu'aucune partie de celle-ci ne fasse saillie dans le champ sonore 25 qui la couvre. En conséquence, la structure d’absorption du son selon l'invention se présente comme un tapis plat que l'on peut soit poser sur la surface le long de laquelle x t se propage les ondes sonores, soit encastrer dans cette surface.

' 30 La présente invention est basée fondamentalement sur 1'analogie de la propagation des ondes électromagnétiques et des ondes acoustiques. Même s’il n'existe pas une analogie complète entre ces deux types d'ondes, il a été possible de prouver la validité de l'extension au champ 3 acoustique des formules de propagation des ondes électromagnétiques, et de calculer le couplage entre le champ sonore et le système d'ondes stationnaires sonores qui s'établit dans la structure selon la présente invention.

5 On a utilisé la théorie fondamentale du champ, mais les résultats s'expriment plus aisément dans la terminologie de la théorie des circuits électriques. Entre autres, il a été reconnu que l'ensemble du phénomène de champ sonore pour une structure périodique s'étendant à l'infini lO a Ie même caractère que le phénomène de "l'onde lente" dans la propagation des ondes électromagnétiques, et il * a été prouvé que la propagation de l'onde au voisinage de la surface de la structure peut être deux fois et demi plus lente que la propagation normale.

15 Ainsi, les formules montrent un affaiblissement élevé du son par mètre de largeur de structure et un amortissement croissant lorsque la fréquence des ondes sonores tend vers une fréquence de coupure, comme dans le cas de la propagation des ondes électromagnétiques dans un guide 2o d'ondes, en imaginant toutefois que les fréquences sont inversées par rapport a la fréquence de coupure. Au delà de cette fréquence apparaît une bande d'élimination suivie d'une nouvelle bande passante avec affaiblissement et ainsi de suite. Du fait que la structure a des dimensions finies, 25 les bandes d'élimination ne présentent pas l'amortissement idéal. Comme l'effet d'amortissement de la structure est maximal dans une plage de fréquences située juste au-dessous de la fréquence de coupure, celle-ci doit être placée un peu > au-dessus de la plage de fréquences à affaiblir. Par un 30 couplage acoustique entre deux rainures adjacentes, la composante fondamentale du champ acoustique avoisinant la - fréquence de coupure peut être interpétée comme une oscillation stationnaire entre les fonds de chacune des deux rainures susdites. En ce qui concerne les signes * ï 4 des phases au fond de deux rainures adjacentes, on remarque qu’au voisinage de la fréquence de coupure, les deux oscillations sont en opposition de phase.

Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les 5 rainures sont remplies d'air et leur fond et leurs parois absorbent le son, et l'ouverture dew chacune desdites rainures est couverte d'une pellicule faite de préférence en matière plastique. Cette réalisation de l'invention est de fabrication simple et donc peu coûteuse.

10 Dans une variante de réalisation de la structure d’absorption selon l'invention, les rainures contiennent un matériau absorbant le son, et le fond et les parois latérales des rainures réfléchissent le son sans pertes.

On peut alors construire la structure de façon que les rai-15 nures ne puissent être polluées. Il est clair que l'oscillation fondamentale du système d'oscillations créées par le couplage acoustique a un ventre situé dans le champ sonore produisant ce système d'oscillations, mais sur une grande partie de sa longueur ce système prend une direction 20 orthogonale à la direction de propagation du son à amortir, ce qui permet de donner une largeur relativement faible à la structure d'absorption.

Le profil des rainures peut prendre différentes formes, et, comme les rainures n'ont pas à jouer le rôle de 25 résonateurs de Helmholtz, elles n*ont pas besoin d'une ouverture sur l'extérieur plus étroite que les autres sections de la rainure.

Dans un autre mode de réalisation de la structure > d'absorption selon l'invention, la section droite des 30 rainures et nervures présente approximativement la forme d'une onde carrée. On obtient ainsi un profil très simple des nervures, auxquelles on peut même donner des flancs légèrement inclinés, ce qui permet de les fabriquer par moulage.

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Dans un mode différent de réalisation de la structure d'absorption selon l'invention, la section droite des rainures et nervures présente approximativement la forme d'une sinusoïde. Une forme de ce genre incite à fabriquer 5 la surface par cintrage d'une plaque plaine, appliquée par exemple sur le sol sous-jacent, mais la fabrication peut aussi se faire par emboutissage ou moulage.

Dans un autre mode de réalisation de la structure d'absorption selon l’invention, la profondeur et la largeur 10 des rainures ainsi que la largeur des nervures sont toutes des fonctions croissantes de la distance en progressant sur la structure dans le sens normal à la direction longitudinale des rainures et dans le sens de la propagation des ondes sonores. Par làj on obtient que, pour une largeur 15 donnée de la structure, l’affaiblissement du son ait lieu dans une large plage de fréquences.

Si l’on désire réaliser l'affaiblissement pour une plage de fréquences plus large que ne peut en couvrir une structure unique, on peut alors disposer plusieurs struc-20 tures, chacune couvrant une plage différente de fréquences, à la suite les unes des autres dans la direction de propagation des ondes sonores. Mais, au lieu de cette disposition, il est possible, selon l’invention, de superposer au même endroit deux ou plusieurs de ces structures successives.

25 On obtient ce résultat en formant la section des rainures par superposition de deux ou plusieurs systèmes de rainures dont chacun diffère des autres par l'espacement ou ‘ la profondeur des rainures, ou par la combinaison de ces deux paramètres. Cependant la superposition des structures 30 est seulement approximative.

Dans un autre mode de réalisation de la structure d’absorption selon l’invention, des rainures ayant des profondeurs différentes, mais toutes pourvues du même type de matériau absorbant le son, sont remplacées par 35 des rainures d’égale profondeur, mais pourvues de matériaux 6 absorbant le son où la vitesse du son diffère d'une rainure à l'autre, de manière que le déphasage dans chaque rainure reste constant- On obtient ainsi que des fonds au profil largement irrégulier, dans une structure 5 à profondeurs différentes de rainures, se simplifient grandement en une structure de rainures d'égale profondeur, remplies de matériaux absorbants où la vitesse du son diffère d'une rainure à 1 'autre.

En outre, il est apparu qμe le couplage, entre le son 10 à amortir et le champ sonore local qui pénètre entre deux * rainures adjacentes, est très favorable au maintien du ’ champ sonore local, même si celui-ci est amorti par le matériau absorbant dans les rainures. Il est cependant évident que, si l'affaiblissement du son dépend d'un 15 matériau poreux dans les rainures, il sera difficile d'éviter que l'amortissement soit compromis par exemple par des chutes de pluie ou de neige, et il sera tout â fait difficile d'empêcher la pénétration de la pluie ou de la neige dans le matériau absorbant qui a été placé dans les 20 rainures.

Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention prévoit une structure du genre ci-dessus mentionné, dans laquelle des ouvertures en forme de trous ou de fente sont établies dans le fond des rainures ou au voisinage 25 de ce fond, lesdites ouvertures constituent un élément de couplage acoustique et reliant une rainure à une , rainure adjacente ou à une cavité. τ Etant donné que, dans la partie du spectre sonore où la structure est efficace, les pressions au fond de deux 30 rainures adjacentes sont sensiblement en opposition de phase, une ouverture faisant communiquer les fonds de deux rainures adjacentes provoque des courants qui causent des pertes d’énergie sans avoir à employer de matériau sensible à l'humidité.

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Selon l'invention, une cavité de ce genre peut être réalisée comme un résonateur acoustique ayant une fréquence de résonance qui peut différer de la fréquence de résonance du couplage entre deux rainures adjacentes 5 et qui, conjointement avec le couplage acoustique entre rainures adjacentes, concourt à l'obtention de la caractéristique d’affaiblissement désirée, laquelle tient compte du spectre des fréquences émises par la source principale de bruit et de la courbe de sensibilité 10 de l'oreille humaine.

Dans une réalisation de structure d'absorption selon * l'invention, les résonateurs acoustiques couplés aux rainures sont réalisés comme une cavité s'étendant de préférence longitudinalement à l'intérieur d’une nervure 15 et les oscillations du résonateur pénètrent à travers le ou les trous pratiqués entre le tube formé par la cavité et le ou les fonds des rainures. Avec ce mode de réalisation, on obtient d'une part un logement à l'abri de l'humidité pour le matériau absorbant*· et d'autre part 20 une liberté des résonateurs acoustiques créés dans la cavité tubulaire. Avec cette réalisation, la fréquence de résonance du.résonateur est déterminée uniquement par distance séparant les ouvertures successives entre la cavité tubulaire et les fonds des rainures, et l'adjonction 25 de matériaux absorbants ou de cloisonnements entre résonateurs placés bout à bout est possible mais non indispensable.

. Dans une variante de réalisation de la structure d'ab sorption selon l’invention, les résonateurs acoustiques 30 couplés aux rainures sont réalisés sous la forme de deux rainures internes s'étendant à l'intérieur de la nervure, séparées entre elles par une nervure interne, et l'oscillation du résonateur s'établit à travers les fentes sous les cloisons de la nervure. Cette réalisation 8 présente une double utilisation du principe du couplage acoustique entre rainures adjacentes, la première provenant du couplage intense avec le champ sonore libre au dessus de la structure, et la seconde provenant de la 5 pénétration du champ sonore à travers la fente courant le long du fond à. l’intérieur de la nervure.

Il est également possible dans ce cas de placer un matériau absorbant dans la cavité protégée de l’humidité. Il s’est avéré convenable de choisir le matériau 10 acoustique absorbant introduit dans les résonateurs acoustiques de telle manière que, compte tenu de son coefficient d’absorption, de sa nature et de sa position, les résonances acoustiques soient affaiblies mais non supprimées.

15 L'invention va maintenant être décrite en référence aux dessins annexés ayant respectivement pour sujets : Figures 1 à 4 : sections verticales de divers modes de réalisationde structures d’absorption du son selon l'invention, 20 Figures 5a à 5d : profils de sections représentant la superposition de profils formant deux réalisations, s'ajoutant l'une à l'autre, de structures d'absorption du .son selon l'invention, 25 Figures 6 à 8 * vues de sections droites et vues en perspective de trois réalisations différentes d'une structure d'absorption du son selon l'invention.

Figure 9 : vue en plan d'un segment de la réali- 30 sation représentée à la figure 8, et

Figure 10 : vue partiellement en coupe et partiel lement en perspective d'une autre réalisation.

- ( 9

La figure 1 représente en coupe une tranchée 1 creusée dans un terrain 2. Dans la tranchée 1 sont logées des poutres à section en L, alternativement tournées à droite et à gauche, qui dos-à-dos forment 5 des nervures 3 et des intervalles 4 qui forment le fond des rainures 5. Les matériaux constituant les rainures 3 doivent avoir une dureté raisonnable et une bonne résistance aux intempéries locales auxquelles ils sont exposés. Dans le cas où le coefficient d' absorption 10 sonore du matériau employé est insuffisant, il est possible d’ajouter un peu de matériau absorbant 5’dans le fond » des rainures 5. La tranchée ainsi munie de ladite struc ture doit être drainée selon les moyens connus pour éviter qu’elle ne se remplisse d'eau en cas de pluie.

15 Sa longueur correspond à celle de l’aire à protéger. Si, par exemple, le bruit est causé par une autoroute, la tranchée est alors disposée le long de l'autoroute, comme caniveau qui peut être coupé à intervalles réguliers par des plaques transversales pour éviter la pro-20 pagation du son le long du caniveau sur toute la longueur de la zone à protéger du bruit. Le son provenant par exemple d'une source linéaire de bruit (file d'automobiles) passe horizontalement au dessus de la structure dans le plan de section figuré, et ce son forme des oscillations 25 stationnaires 6 dont la composante fondamentale a ses neouds au fond des rainures 5. Il faut noter que les courbes 6 représentées à la figure 1 sont censées repré-. senter la trajectoire moyenne des particules des oscilla tions stationnaires. Sur ces courbes les pointes des 30 flèches représentées au dessus des nervures correspondent aux ventres des oscillations Sationnaires. Il est à remarquer que les pointes des flèches de deux courbes adjacentes sont dirigées en sens opposés et qu’elles représente la situation par une certaine phase des 35 oscillations stationnaires. Une demi-période plus tard, 10 toutes les flèches changent de sens. On notera de plus que les oscillations, qui sont figurées côte à côte pour une rainure particulière» plongent toutes deux dans ladite rainure tandis que simultanément elles jaillissent des 5 rainures adjacentes. Un exemple, qui a été traité au calculateur électronique, montre que la vitesse de phase du champ acoustique tout entier a le caractère d’une "onde lente” et que sa vitesse de propagation est d'environ deux fois et demi plus faible que la vitesse de phase d'une 10 onde sonore plane en espace libre dans les mêmes conditions de température et de pression. Pour un amortissement , donné, ce phénomène d”onde lente” concourt à réduire la largeur de la structure ou, pour une largeur déterminée, à accroître corrélativement l'affaiblissement. Ce 15 phénomène est donc un avantage pratique significatif de la structure d'absorption du son selon l'invention.

Comme matériau pour les nervures et les rainures, il pourrait être indiqué de choisir le moins coûteux dans la région considérée. Dans certaines régions, on peut avantageusement choisir l'emploi du béton, et dans 20 d'autres régions ce peut être des éléments en terre cuite, mais l'usage de structures à parois minces de matériaux synthétiques, tels que des plastiques, peut être préférable si par exemple le coût du transport au chantier joue un tôle.

25 On peut aisément remarquer que, indépendamment de la structure à poutres en L alternativement inversées, on peut réaliser une structure conforme à l'invention au moyen d'éléments alternativement hauts et bas, les éléments hauts formant les nervures et les éléments bas les fonds 30 des rainures intercalées.

La figure 2 représente une structure où les poutres au lieu d'être en L sont en U. Les rainures 5 ainsi réalisées sont remplies avec un matériau absorbant le son.

Le coefficient de pertes de ce matériau ne doit être ni I 4 11 trop élevé ni trop faible, car les vibrations fondamentales du système seront atténuées si les pertes sont trop grandes, ce qui entraînera une absorption insuffisante d'énergie acoustique par le système. Cette corrélation est . 5 analogue à celle existant entre deux circuits électriques couplés entre eux, dont la charge reçoit la puissance maximale lorsque la valeur de ladite charge est telle que le facteur de surtension Q du circuit est l'inverse du coefficient de couplage, autrement dit au couplage criti-10 que. Il existe donc, pour une structure et une fréquence données, un coefficient de pertes du matériau absorbant * qui donnera le maximum d’absorption d’énergie acoustique par mètre courant de structure. Il est possible de trouver empiriquement un coefficient de pertes approprié en mélan-15 géant deux matériaux de coefficients différents. Quand un grand nombre de rainures sont en jeu, on peut obtenir un affaiblissement considérable même si la perte unitaire ne doit pas beaucoup modifier les conditions d’oscillation dans une rainure donnée. La structure représentée à la 20 figure 2 se distingue en outre par le fait que les parois latérales 8 des nervures 3 sont non pas parallèles mais légèrement inclinées, ce qui rend possible entre autres de mouler ces nervures par panneaux entiers dont les parois terminales sont également en pente. On voit en outre que 25 les rainures peuvent être recouvertes par une grille 9 , qui peut être faite de bandelettes ou d’un treillis tressé et qui peut permettre de franchir la structure ou qui empêche simplement que des débris tels que des papiers froissés soient jetés par le vent dans les rainures.

30 Même si les figures 1 et 2 représentent des structures posées dans une tranchée, il est clair que la structure peut aussi être placée sur une surface plane et qu’on peut même lui donner la forme d’une natte que l’on étend sur ladite surface. Des structures de ce genre offrent l’avan-35 tage de la simplicité de leur drainage.

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Avec un certain choix des paramètres, le produit de l'affaiblissement au mètre linéaire de structure par la largeur de la bande des fréquences affaiblies est pratiquement constant. Donc si l'on désire un affaiblissement 5 élevé, il faut le combiner avec une faible largeur de bande. Si l'on cherche à réaliser un affaiblissement du bruit sur une très large étendue de fréquences, il convient de réaliser la structure en un certain nombre de sections formant une série d'intervalles d'affaiblissement adaptés 10 aux plages de fréquences dominantes des sources de bruit et à la courbe de sensibilité de l'oreille humaine.

. Au lieu de choisir une structure comprenant des sections ayant chacune des rainures et nervures égales, dont toutefois la dimension croît d'une section à l'autre, 15 il est possible comme le montre la figure 3 de choisir une structure où la dimension et la profondeur de la rainure ainsi que la largeur de la nervure croissent progressivement dans le sens de propagation de l'onde sonore à amortir. On peut ainsi déposer l’une à la suite de l'autre 20 un grand nombre de telles structures dans le sens de propagation des ondes sonores. La figure 3 illustre un mode de réalisation où la profondeur des rainures croît en forme d'escalier où chaque marche a une nervure 3 qui est plus haute que la précédente de façon que la surface 25 à laquelle affleurent les sommets des nervures demeure plane.

On obtient la même planéité de surface avec le mode de réalisation d'une structure d'absorption du son selon l'invention représenté à la figure 4. Dans cette réali-30 sation, le profil des rainures et des nervures est en forme d'une sinusoïde à paramètres variables, telle la fréquence, et dont l'amplitude croît le long de la eectiçn· On peut fabriquer des structures de ce genre en appliquant une plaque ondulée ou une feuille ÎO contre 35 un lit de sable 11, ou en prenant une feuille ondulée sur 13 une face de laquelle on dépose par exemple du béton, afin d'obtenir un panneau qui puisse être posé sur la surface du terrain, ou encastré dans celui-ci.

En variante, il est possible de réaliser une structure 5 encore plus compacte en superposant les différentes sections correspondant aux diverses plages de fréquences, comme le montrent à titre d'exemple, les figures 5a à 5d, au lieu de disposer ces sections les unes à la suite des autres. On voit à la figure 5a le profil d'une structure supposée, dont 10 l’affaiblissement couvre une bande prédéterminée de fréquences, et à la figure 5b un profil semblable qui affaiblit les fréquences d'une bande adjacente. Selon une théorie approximative, il va être maintenant possible de superposer ces deux profils et d'obtenir ainsi la structure représentée 15 à la figure 5c avec suffisamment d'extension pour en mettre la périodicité en évidence. On remarque en outre que les profils des rainures et des nervures sont fortement irréguliers, et dans le cas d'une telle structure il peut être sage de renoncer à lui donner une surface plane. Ce sera 20 spécialement le cas si l'on va jusqu'à étendre la superposition non seulement à deux mais à un grand nombre, voire même une infinité, de structures dont chacune couvre sa propre bande de fréquences. La superposition d'un nombre infini de bandes de fréquences peut s’obtenir en assimilant 25 grossièrement les formes individuelles d'ondes carrées, valables pour des bandes étroites de fréquences, à des sinusoïdes dont la période spatiale est inversement proportionnelle à la fréquence et le résultat de cette assimilation grossière est une nouvelle courbe en escalier. À la Figure 30 5d est représenté un mode de réalisation d'une structure d'absorption du son selon l'invention, structure dérivée de celle que représente la figure 5c en calculant le. déphasage entre le champ en surface et au fond d'une rainure donnée et en calculant à partir de ce résultat la valeur 35 atteinte par la vitesse du son à cet endroit pour une pro- 14 fondeur constante donnée des rainures. On parvient par ce moyen à donner à la structure de la figure 5d un fond plat et une surface unie, mais en y insérant éventuellement un cloisonnage permanent 12 pour chaque changement de la struc-5 ture de la figure 5c. Les espaces entre les cloisons sont remplis de mélanges appropriés de matériaux de densités différentes et dans lesquels, par conséquent, les vitesses du son sont différentes.

A la Figure 6, le numéro de référence 1 désigne à nou-10 veau un support plan qui peut être déposé sur un terrain côtoyant la source dont le bruit doit être absorbé. Le ' support 1 peut être enfoncé dans un fossé ou une tranchée, ou il peut être posé sur la surface du terrain, ou même en légère surélévation eu égard aux conditions locales de drai-15 nage.

Les courbes 6 donnent une idée de la trajectoire moyenne d'une particule pour un champ sonore local avec résonance en demi-onde entre deux rainures adjacentes, ledit champ sonore local tirant son origine du champ sonore de 20 bruit dont la direction d e propagation à travers la structure est indiquée par une flèche 7. Les ventres du champ sonore local se situent dans l'air au dessus des nervures 3 et les noeuds correspondant aux maximas d'amplitude de variation de la pression se trouvent dans le fond des rainures 25 5.

Ainsi les champs sonores locaux dans le fond de deux rainures adjacentes sont en opposition de phase. L'absorption que l'on recherche pour le son intervient en partie à cause des inévitables pertes dans le support 1, et en par-30 tie à cause du frottement de l'air, mais on peut obtenir une absorption fortement accrue par l'apport d'un matériau amortisseur, de préférence dans le fond des rainures 5. Toutefois, cela est indésirable, selon la présente invention parce que les chutes de pluie ou de neige, ou toutes 35 autres sortes de pollutions, provenant par exemple de pro- 15 jections de sable ou de terre, peuvent nuire aux propriétés du matériau amortisseur.

Si, conformément à l’invention, on crée des ouvertures, ayant par exemple la forme des trous 10’, faisant communi-5 quer deux rainures adjacentes, il se produit alors dans les trous des courants générateurs de pertes et les propriétés absorbantes d'un trou ne sont pas affectées au même degré que celles d'un matériau poreux par l'humidité ou la poilu·?., tien. La forme, la dimension et le nombre des ouvertures 10 par unité de longueur peuvent varier selon les besoins et, comme le montre la Figure 7, les ouvertures peuvent se transformer en fentes 11' obtenues en plaçant les nervures 3 sur de petits tasseaux 12. La perte provient pour une part considérable du frottement de l’air contre les parois des 15 ouvertures. On doit donc choisir en conséquence le rapport de l'aire de la section des ouvertures à leur périmètre.

Les figures 8 et 9 représentent un mode de réalisation d'une structure d'absorption du son selon l'invention, dans lequel les ouvertures 10' débouchent dans une cavité 15 à 20 l'intérieur de la nervure 3. Dans ce mode de réalisation, les parois de ladite cavité peuvent être, en totalité ou aux endroits les plus appropriés, revêtues d'un matériau absorbant poreux, sans grand risque de voir les propriétés d'amortissement de ce matériau compromises par l’humidité 25 ou la pollution. Dans les cavités 15, on peut établir de préférence la résonance, soit à la même fréquence, soit à d’autres fréquences que la fréquence de résonance du couplage acoustique extérieur entre les rainures adjacentes 5.

La distance entre trous voisins 10' et 10” détermine 30 la résonance longitudinale dans la cavité 15 et correspond à la demi-longueur d'onde en ce qui concerne la fréquence fondamentale. Les ouvertures des cavités 15 peuvent être établies, soit d'un seul côté de la nervure, soit des deux côtés. Dans ce dernier cas, il faut tenir compte de l'oppo-35 sition de phase existant entre les oscillations dans deux 16 rainures adjacentes, ce qui explique pourquoi les ouvertures pratiquées sur des côtés opposés de la nervure 3 doivent être décalées entre elles. Si on le souhaite, il est possible de créer des fréquences particulières de résonance par 5 l'insertion de cloisons dans la cavité de la nervure, de même qu'il est possible d'introduire des matériaux absorbants de toutes sortes, par exemple sous la forme de petits panneaux de treillis ou de gaze.

On estime généralement que la bande de fréquences de 10 bruit la plus gênante, en provenance des autoroutes, est centrée sur 300 Hz. Il est donc indiqué de constituer, au moins partiellement, la structure en donnant une fréquence légèrement supérieure à la résonance 6 du couplage acoustique entre rainures adjacentes. Dans le mode de réalisa-15 tion représenté aux figures 8 et 9, on peut sans inconvénient étendre la plage d'affaiblissement vers des fréquences plus basses, en donnant à l'écartement entre ouvertures adjacentes 10' et 10" une valeur suffisante pour que s'établisse, par exemple à 200 Hz environ, une résonance en demi-20 onde, et cela dans le sens longitudinal, à l'intérieur de la rainure 3. Il est clair qu'il sera possible de faire varier d'une rainure à l'autre la distance entre ouvertures adjacentes 10' et 10", afin d'obtenir une courbe améliorée d’absorption du son, de même qu'il est possible d'obtenir 25 un affaiblissement a des fréquences supérieures à 300 Hz.

La figure 10 représente une variante de réalisation d'une structure d’absorption de bruit selon l'invention. Comme celles que l'on vient de décrire, cette réalisation présente des nervures 3, des rainures 5 entre lesdites ner-30 vures, et une cavité à 1'intérieur de chaque nervure. Mais la résonance s'établit différemment dans la cavité.

Le milieu du "plafond" 17 de la nervure 3 est pourvu ici d'une nervure interne 19, formant ainsi des rainures intérieures 25 entre les cloisons 21 de la nervure 3 et la 35 nervure interne 19. Les cloisons 21 ne sont pas directe- 17 ment portées par la base mais reposent sur de minces cales 12', créant ainsi des fentes 23 sous les cloisons 21. La nervure interne 19 ne touche pas non plus la base, de sorte qu’une fente interne 26 est également créée sous la nervure 5 interne 19.

L’opposition de phase des pressions entre rainures adjacentes provoque, à travers les fentes 23, une résonance en demi-onde entre les rainures internes 25 sous la nervure interne 19, de la même façon que le champ sonore extérieur, 10 dont la direction de propagation est indiquée par une flèche 7, provoque un champ sonore local ayant une résonance en ’ demi-onde entre les rainures adjacentes 5. Du fait de l’amortissement apporté par les fentes 23 et 26 respectivement, il n’est pas absolument nécessaire de garnir les rai-15 nures internes 25 de matériau absorbant ; mais si l’on désirait obtenir un amortissement supplémentaire dans la bande de fréquences de la résonance interne en demi-onde, il serait possible de loger un supplément de matériau absorbant 27 dans l'espace délimité par le "plafond" 17 de la 20 nervure 3 et ses cloisons 21, ce matériau étant ainsi bien protégé de l’humidité et de la pollution.

D'une façon générale, les structures du type ci-dessus mentionné pour l’absorption du son ont la propriété que, si la structure avait une largeur infinie, sa caractéristique 25 de fréquence présenterait un affaiblissement croissant avec la fréquence jusqu'à une plage d'élimination. Au delà de cette plage, on retrouverait une nouvelle bande passante avec un affaiblissement croissant avec la fréquence jusqu'à une nouvelle plage, de rang plus élevé, d'élimination et 30 ainsi de suite. Ces propriétés découlent d'une analogie avec les champs électromagnétiques. Mais, dans la pratique, les structures n'ont pas de largeur infinies et il en résulte que la structure réelle de largeur finie causera des réflexions plus ou moins prononcées dans les bandes d'éli-35 mination. Ce n'est alors pas une question d'affaiblissement 18 causé uniquement par un effet analogue à celui d'un résonateur de Helmholtz. On doit tenir compte de ces circonstances pour le dimensionnement final des structures du type en question. Ainsi, si l'on attache une grande importance à un 5 affaiblissement aux fréquences de l'ordre de 300 Hz, on doit choisir, pour la fréquence de résonance du couplage acoustique extérieur entre rainures adjacentes, une valeur un peu plus élevée que la fréquence précitée, par exemple une valeur voisine de 450 Hz. Si l'on attache, en outre, 10 de l'importance à l'affaiblissement aux fréquences encore plus basses, par exemple vers 200 Hz, on peut créer dans la cavité 15 à 1'intérieur de la nervure 3, une résonance supplémentaire proche de cette dernière fréquence.

L'application de structures absorbantes selon l'inven-15 tion n'est pas limitée à l'amortissement du bruit d'aéroports ou d'autoroutes, et ladite structure peut amortir toute propagation acoustique le long d'une surface. En conséquence, des structures conformes à l'invention peuvent être utilisées pour affaiblir le son se propageant longitu-20 dinalement dans des passages souterrains ou dans des canalisations .

Claims (15)

19

1. Structure d’absorption du son, ayant un ensemble de rainures linéaires et parallèles formant une surface, et des nervures placées entre les rainures pour amortir 5 un champ sonore qui crée dans lesdites rainures, et dans une direction normale à ladite surface, un système d'oscillations stationnaires, caractérisée par un couplage acoustique entre rainures adjacentes, aux fréquences à amortir, et par le fait que la surface de la structure 10 d'absorption du son est sensiblement parallèle à la direction de propagation du champ sonore à amortir. «

2. Structure d'absorption du son, conforme à, la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites rainures sont remplies d'air, en ce que le fond et les parois des- 15 dites rainures absorbent le son, et en ce que l'ouverture de chacune desdites rainures est couverte d'une pellicule faite de préférence en matière plastique.

3. Structure d'absorption du son, conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites rainures 20 contiennent un matériau absorbant le son et en ce que le fond et les parois latérales des rainures réfléchissent le son sans pertes.

4. Structure d'absorption du son, conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la section 25 droite des rainures et nervures présente approximativement la forme d'une onde carrée.

5. Structure d'absorption du son, conforme à l’une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la section droite des rainures et nervures présente approximativement 30 la forme d'une sinusoïde

6. Structure d'absorption du son, conforme à l'une des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que la profondeur et la largeur des rainures ainsi que la largeur des nervures sont toutes des fonctions croissantes de la distance 35 en progressant sur la structure dans le sens normal à la * * 20 direction longitudinale des rainures et dans le sens de la propagation des ondes sonores.

7. Structure d'absorption du son, conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la sec- 5 tion de ladite structure est obtenue par superposition de deux ou plusieurs systèmes de rainures dont chacun diffère des autres par l'espacement ou la profondeur des rainures, ou par la combinaison de ces deux paramètres.

8. Structure d'absorption du son, conforme à l'une 10 des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que des rai- * nures ayant des profondeurs différentes, mais toutes pourvues du même type de matériau absorbant le son, sont remplacées par des rainures d'égale profondeur, mais pourvues de matériaux absorbant le son où la vitesse du son diffère 15 d'une rainure à l'autre, de manière que le déphasage dans chaque rainure reste constant.

9. Structure d'absorption du son, conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'un treillis métallique -ou, suivant le son, une grille- couvre les 20 ouvertures des rainures ou la structure entière.

10. Structure d'absorption du son conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que des ouvertures en forme de trous ou de fentes sont établies dans le fond des rainures ou au voisinage de ce fond, lesdites ou-25 vertures constituant un élément de couplage acoustique et reliant une rainure à une rainure adjacente ou à une cavité. • 11. Structure d'absorption du son, conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que ladite cavité est pratiquée dans les nervures situées entre deux rainures 30 adjacentes.

12. Structure d'absorption du son, conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que ladite cavité est réalisée comme un résonateur acoustique ayant une fréquence de résonance qui peut différer de la fréquence de résonance 35 du couplage entre deux rainures adjacentes et qui, conjoin- 4 /> 21 tement avec le couplage acoustique entre rainures adjacentes, concourt à 1'obtentionde la caractéristique d’affaiblissement désirée.

13. Structure d’absorption du son, conforme à la re-5 vendication 12, caractérisée en ce que les résonateurs acoustiques couplés aux rainures sont réalisés comme une cavité s'étendant de préférence longitudinalement à l'intérieur d'une nervure, et en ce que les oscillations du résonateur pénètrent à travers le ou les trous pratiqués 10 entre le tube formé par la cavité et le ou les fonds des * rainures.

14. Structure d'absorption du son, conforme à la revendication 12, caractérisée en ce que les résonateurs acoustiques couplés aux rainures sont réalises sous la 15 forme de deux rainures internes s'étendant à l'intérieur de la nervure, séparées entre elles par une nervure interne, et en ce que l'oscillation du résonateur s'établit à travers les fentes sous les cloisons de la nervure.

15. Structure d'absorption du son, conforme à l'une des 20 revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le matériau acoustique absorbant introduit dans les résonateurs acoustiques est choisi de manière que, compte tenu de son coefficient d'absorption, de sa nature et de sa position, les résonances acoustiques soient affaiblies mais non suppri-25 mées. «