WO2021224500A1 - Dispositif d'absorption d'ondes sonores et vibratoires à l'émission comme à la transmission sur base de mélange contenant du silicone, application possible pour tout type de transducteur audio. - Google Patents

Dispositif d'absorption d'ondes sonores et vibratoires à l'émission comme à la transmission sur base de mélange contenant du silicone, application possible pour tout type de transducteur audio. Download PDF

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WO2021224500A1
WO2021224500A1 PCT/EP2021/062232 EP2021062232W WO2021224500A1 WO 2021224500 A1 WO2021224500 A1 WO 2021224500A1 EP 2021062232 W EP2021062232 W EP 2021062232W WO 2021224500 A1 WO2021224500 A1 WO 2021224500A1
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WO
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gel
silicone
absorption
frequencies
absorbed
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/062232
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English (en)
Inventor
Fabrice CRUETTE
Original Assignee
Cruette Fabrice
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials

Definitions

  • TITLE Sound and vibration wave absorption device for both emission and transmission based on a mixture containing silicone, possible application for any type of audio transducer.
  • the present invention relates to a device for absorbing sound waves, ie transmitted by air, and vibratory waves, ie transmitted by a solid medium.
  • the device has in particular the main feature of absorbing the waves of the audible spectrum, for frequencies which are very little absorbed by the known devices, unless very large volumes of materials are used, which is incompatible with small speakers. volume.
  • absorption devices made up of a superposition of layers of materials with different characteristics, but they are not very effective, particularly in relation to reverberations, that is to say when there is a together reflections. Their main objective is to prevent transmission of the wave to the medium or to the environment. The principle is essentially the same as the multilayer thermal insulators, which prevent transmission thanks to the inter-reflecting absorbent zones but which reflect the radiation perceived on the surface.
  • Devices based on resonance of material in phase opposition may give good results for a small range of frequencies but will only operate in steady state, and not on transients. What's more, like any closed system, their effectiveness is limited if good stability of the established regime is desired.
  • a device like that described in CN1466124A uses solid energy vectors in a silicone material. These energy vectors stiffen the whole, like fiber-reinforced concrete. Stiffness causes unwanted resonant frequencies to appear.
  • a barrier screen device as described in CN109048668A relates to refiners, grinders, grinders, mills. It concerns the so-called intermediate and high frequencies, and not the low and low midrange.
  • the silicone mixture has a thickness of 1 to 2 mm, it is therefore not very effective at low frequencies.
  • the low frequencies that is to say less than 500Hz, are not targeted by this device because they are not the main and dangerous frequencies for hearing emitted by the aforementioned tools.
  • the silicone behaves mainly as a barrier to transmission thanks to the mass contribution that it provides.
  • the sound is returned to the machine.
  • a skeleton is used, it is rigid only locally given its curved shape and its thickness less than 1mm which make it work as a spring on the bass frequencies. Low frequencies therefore cannot be effectively absorbed.
  • silicone as a shock absorber, as described in US2013019702A1 which provides a method for maintaining an ultrasonic transducer without transmitting, in either direction, frequencies above 20,000Hz.
  • the purpose of this device is to improve a system for detecting cracks in a material by ultrasonic measurement.
  • the silicone provides continuous resistance to maintain the ultrasonic transducer.
  • the human audio band operates at a frequency below 20,000Hz.
  • the use of silicone as described in document US2013019702A1 is a classic use: to maintain but not to transmit high frequencies. The transmission resistance is low at low frequency, but greater at high frequency. This is an important characteristic of flexible materials.
  • the invention proposes a device for absorbing vibrations, in particular sound waves.
  • the frequencies of the vibrations to be absorbed are within a determined range, this range comprising so-called low frequencies, for example less than 8 kHz, and preferably less than 1 kHz.
  • the device comprises at least one layer of a solid flexible gel, the gel being elastically deformable under the effect of the vibrations to be absorbed, the absorption device having its resonant frequencies outside the determined range of the frequencies of the vibrations to be absorbed.
  • the gel comprises a silicone mixture and has a hardness of less than 99 on the Shore 00 scale, a Young's modulus of less than 10 MPa in static conditions and a Coulomb modulus of less than 4 MPa.
  • the density of the silicone mixture is for example less than 1200 kg / m 3 and the propagation speed of a vibration in the gel layer is less than 1100 m / s.
  • the silicone gel comprises at least one of the following additional components: silicone, silicone oil, a compound of silicone, butyl, urethane, polyurethane, nitrile, chlorophene, ethylene, polyethylene, a fluorinated compound, isoprene or butyl rubber.
  • the device further comprises one or more complementary vibration absorber elements chosen from at least one of the following elements: foam, felt, bitumen sheet, a rubber element, or a flexible plastic film, of mineral, animal, synthetic, vegetable material, animal or vegetable product or by-product.
  • the absorption device is maintained in one or more areas where the waves to be absorbed are concentrated, allowing waves to be absorbed passing in its near environment, and limiting their propagation in the medium. Such areas are for example areas where reflected sound waves are concentrated.
  • the device can then be in the form of a substantially spherical ball, optionally provided with peaks extending diametrically from its outer surface, so as to promote absorption and return unabsorbed waves in a multitude of directions. In this case, the device is for example simply placed in a medium where the waves must be absorbed, without direct contact with the walls.
  • the device may have a shape adapted as a function of the circulation of the waves in a medium in which it is placed, and for example take the form of a flat screen, parabolic, or curved in one or multiple zones, preventing waves from being transmitted from one side of the screen to the other side.
  • the device can be placed on a surface for which the radiation must be absorbed so as not to be reflected, preventing waves from returning to the emitting medium, it decreases the reflection by absorbing the acoustic vibrations and mechanical. This is for example the surface of the walls inside the housing of an enclosure.
  • the absorbent device is directly in contact with a surface of a wall of a machine emitting vibrations. It has a barrier screen effect because it absorbs the waves which are transmitted to it mechanically, so as not to transmit them to the external environment to be protected.
  • liquid gel layer-forming nature of the device makes it particularly suitable for application to a surface.
  • the device comprises at least one rigid skeleton serving as a support for the gel layer, the skeleton being non-deformable under the effect of vibrations, accelerations and gravity to which the device is subjected.
  • the skeleton comprises a gripping base to promote the mechanical strength of the gel layer on the skeleton.
  • the gel layer comprises channels called traps, forming sound traps so as to obtain an overall porosity of between 5% and 80%.
  • a surface of the gel layer is covered with a non-sticky outer coating. It may be, for example, a flexible and elastic film, of the food film type, or a powder with solid or hollow particles.
  • the absorption frequency range is between 200Hz and 1KHz, or is between 5Hz and 8kHz.
  • the invention relates to an acoustic system comprising at least one support and at least one absorption device as presented above, in which the device is in contact with the support.
  • the support is at least one interior wall of the housing of a loudspeaker.
  • the support is a wall of a vibration-emitting machine.
  • the thickness of the gel layer can vary depending on its location on the support.
  • the system comprises an enclosed volume delimited by at least one surface of at least one wall, and the support and the absorption device are at a distance from said surface.
  • the invention provides a method of manufacturing a vibration absorption device as presented above, comprising:
  • FIG. 1 to 3 schematically illustrate three modes of propagation of vibratory waves
  • Figure 4 is a diagram illustrating the absorption provided by different devices depending on the frequency of the waves to be absorbed;
  • Figure 5 is a schematic representation of a volume provided with an embodiment of the absorption device according to the invention.
  • Figures 6 and 7 are an illustration of one embodiment of an absorption device according to the invention.
  • Figure 8 is a schematic representation of a mold for manufacturing an absorption device according to the invention.
  • Figure 9 is a schematic representation of a skeleton for making an absorption device according to the invention.
  • FIG. 10 is a schematic representation of one embodiment of an absorption device according to the invention.
  • Figure 11 shows a device according to the invention comprising interstices, called “traps” according to two different shots.
  • Figure 12 is an illustration of a counter-mold for making the shapes of Figure 11
  • Figure 13 is an illustration of an air bubble layer for isolating the silicone mixing device from its support.
  • Figure 14 is a schematic illustration of an enclosure equipped with an absorption device according to the invention.
  • FIG. 15 is a diagram of an assembly for characterizing a sample by the rebound of a ball.
  • Figure 16 shows two shock wave diagrams resulting from the assembly of Figure 15.
  • Figure 17 shows four diagrams, each corresponding to a type of sample, illustrating the response of the first period resulting from the assembly of Figure 15 for different masses of balls.
  • Figure 18 shows four diagrams, each corresponding to a type of sample, illustrating the percentage response of the first return resulting from the assembly of Figure 15 for different masses of balls.
  • the absorption device is intended to absorb vibrations, and in particular sound waves, that is to say transmitted by air, but more generally vibratory waves, that is to say - ie transmitted by any medium, in a determined frequency range.
  • the invention will find a particular, but not limiting, application in the absorption of so-called low frequency waves in the acoustic domain, that is to say typically less than 8 kHz, and preferably less than 1 kHz.
  • the absorption device comprises at least one layer of a gel, the properties of which will be detailed below.
  • the gel layer can be combined with other materials conventionally known for their properties of absorption of classical sound or vibration waves, of which it complements the shortcomings in terms of absorption frequencies.
  • gel we mean here a solid material, that is to say that it does not show any flow when it is in a stable state.
  • Absorption here refers to the device's ability to reduce the intensity of vibrations. The reduction is at least 30% of the intensity, preferably it is greater than 50%, and more preferably it is greater than 80%.
  • the density and flexibility of the gel allows the wave arriving at its surface to propagate within the gel layer, allowing it to absorb a large part of it.
  • the wave is partly diffused, and / or partly delayed and / or advanced, and / or partly transformed into calories.
  • the device includes at least one layer of gel, this gel being essentially composed of very flexible silicone, solid as opposed to liquid, of particularly low Shore hardness. To adjust the Shore hardness, additives such as silicone oil or other products, gaseous, solid or liquid can be integrated.
  • the absorbent device can be very small, less than a micro cubic meter with a composition very close to liquid. It can also be large if it includes a skeleton.
  • the device of the invention is to be used alone or in addition to conventional sound or vibration wave absorption devices, the shortcomings of which it complements.
  • the absorbent device according to the invention can operate by acting on these three modes of propagation of sound and vibration waves.
  • a primary wave is represented by a thick arrow.
  • the arrows of lesser thickness are the resulting waves.
  • the principle is explained for one wave among all the radiation in order to facilitate understanding.
  • the absorbent device 1 is attached to a support 2, which must be isolated from the medium 3 in which a sound wave 4 is emitted.
  • the incident wave 4 coming from medium 3 reaches the absorber 1. Part 5 of this wave is reflected. Another part 6 is absorbed by the absorbing device 1. The remainder 7 of the wave 7 is transmitted to the support 2. The reflected part 5 and the remaining part 7 must be minimized.
  • the absorbing device 1 is fixed on an emissive device serving as a support 2.
  • the role of the absorbing device 1 is to limit the transfer of waves from the emissive support 2 to the external environment 3
  • a vibratory wave 4 emitted by the emissive device, the support 2 of which is for example a wall, is partly absorbed by the absorbing device 1 before entering the external environment 3.
  • part B5 of wave 4 is absorbed.
  • the remaining part B6 is transmitted to the external medium 3.
  • the remaining B6 wave must be minimized, therefore the part B5 absorbed must be maximum, it is evacuated for example by calories or transposition into another frequency domain.
  • the absorbing device C1 and C4 is maintained C2 in a medium 3 for which it is necessary to absorb the waves passing through it as well as to return the waves in different directions and different delays. that it will not have been able to absorb directly.
  • the present invention thus makes it possible to act on the 3 modes of propagation of sound and vibration waves mentioned above.
  • the device makes it possible to absorb in particular low frequencies in the acoustic domain effectively.
  • the gel layer is elastically deformable under the effect of the vibrations to be absorbed. More precisely, for a given frequency range, the gel layer will absorb vibrations while possibly deforming, but can resume its initial shape in the absence of external constraints.
  • the deformations can be of two types: in tension / compression, type for which the Young's modulus of the gel layer is typically less than
  • Another peculiarity of the gel layer is that it has a hardness of less than 99 on the Shore 00 scale, that is, it is particularly soft.
  • the hardness of the gel layer may be less than the measurable range in the Shore 000 scale.
  • the particular hardness of the gel layer is obtained in particular by the use of silicone and silicone oil.
  • the return speed influences, in the case of the absorbing device, its resonant frequencies, and therefore its capacity to absorb certain frequencies and their limits in the frequency domain.
  • the gel layer is developed so as to adapt its resonant frequencies to the range of frequencies to be absorbed.
  • the resonant frequencies of the gel layer are outside the range of frequencies to be absorbed.
  • the absorption device as a whole which should preferably have its resonant frequencies outside the frequency range to be absorbed.
  • the hardness, elasticity and the speed of return of the gel layer to its initial position can be adjusted according to the target frequency ranges to be absorbed.
  • Slow feedback, combined with low hardness and high elasticity, will allow low and medium frequencies to be absorbed without resonating. The higher the hardness, the less effective the absorption of low frequencies.
  • Silicone X silicone formed by the mixture of two components X1 and X2 setting by vulcanization, the hardness of which is less than the lowest Shore 00 index, and the viscosity of which at 20 ° C. is 4000 mPa.s;
  • Silicone Y silicone formed by the mixture of two components Y1 and Y2 with vulcanization setting, of hardness 8 on the Shore A scale;
  • Silicone oil H silicone oil with a viscosity of the order of 1 mm 2 / s at 25 ° C .
  • Silicone oil K silicone oil with a viscosity of the order of 5 mm 2 / s at 25 ° C.
  • FIG. 16 illustrates two examples of recording by microphone N4 of the intensity of sound waves as a function of time, and which make it possible to measure the values transcribed in the tables Fig 17 and Fig18
  • Figure 17 there is shown, for each sample, the period of the first wave At, measured as shown in Figure 16, after the shock, measured for different masses of balls. This period corresponds to, in the diagrams of FIG. 15, the width of the first positive peak and of the negative peak which immediately follows.
  • the period of the first wave after impact At is expressed in ms.
  • Figure 18 expresses the percentage of the first return wave after the shock. This percentage is calculated from recordings similar to those in Figure 16 by comparing the intensity of the first negative peak h2 and the intensity of first positive peak h1, and expressing the first positive peak as a percentage of the first negative peak. The rebound of the submitted sample is thus characterized. h1 / h2 x 100 in%
  • the thickness of the gel layer can also be adapted to the frequencies and intensities to be absorbed.
  • the gel layer When the gel layer is applied to a wall, its thickness may vary depending on the location on the wall. For example, as will be seen further on, when the absorption device is implemented in an enclosure, the flexible gel layer can be applied directly to the interior walls of the enclosure of the enclosure. Depending on the configuration of the enclosure, and the frequencies to be absorbed, it may be advantageous to produce different thicknesses of the gel layer depending on where it is placed in the enclosure. Different thicknesses of the gel layer can also be applied to the walls of a vibrating machine, depending for example on the intensity and frequency of the vibrations on each wall. This thickness adjustment is easily achieved due to the gel nature.
  • the gel layer can be combined with one or more other conventional materials, that is to say whose sound or vibratory wave absorption properties are conventionally known, so as to obtain a absorption device whose resonant frequencies are outside the frequency range or ranges to be absorbed.
  • the graph of FIG. 4 illustrates the complementarity between the silicone layer of the device of the invention and a conventional material, as a function of the frequency of the sound signal.
  • the gel layer associated in Figure 4 with curve A, absorbs low frequencies while the conventional material, and associated with curve B in Figure 4 is all the more effective in terms of absorption as the frequency is high in the audible spectrum.
  • the gel layer and the conventional material can be used in a complementary way to obtain a device, associated with the curve C in Figure 4, which absorbs over a wide range of frequencies.
  • a conventional material can be for example a solid foam, felt, wool, a bitumen sheet, a rubber element, a flexible plastic film, of mineral, animal, synthetic, vegetable material, product or by-product. animal or plant.
  • the low and medium frequencies of the audio spectrum have wavelengths of up to several meters. Insulations such as foam, felt or wool are not suitable.
  • the pressure differences are absorbed by variation in volume, conversion into calories and difference in propagation speed thanks to the device.
  • the layer of gel with another so-called conventional device, for example by superimposing a layer of foam on the layer of gel, it is possible to extend the range of frequencies absorbed by the overall device.
  • the range of frequencies absorbed by the gel layer can be adapted by adapting the characteristics, in particular of elasticity and hardness.
  • the absorption device comprises the gel layer as defined above in order to absorb one or more determined frequency ranges.
  • the absorption device may comprise a layer or more layers of one or more other conventional materials, in a complementary manner, in order to absorb ranges of frequencies different from those absorbed by the gel layer.
  • silicone for example polysiloxane
  • oil are used as base material.
  • silicone for example polysiloxane
  • oils can be combined.
  • Silicone has a rotation around the axis of the Si-0 bond or even a rotation around the axis of the Si-C bond for methyl silicones, which allows it a high tear resistance, while having the characteristics mechanics of a gel.
  • Kinematic viscosity and dynamic viscosity are more stable for silicone than for other materials such as rubber, butyl, minerals, depending on the temperature.
  • silicone mixture a mixture of silicone, silicone oils, and all kinds of additives, isoprene or butyl rubber or others.
  • Bubbles or pockets of gas, other than air, can form in the gel layer, and / or be introduced voluntarily, in order in particular to promote the extension properties explained below.
  • the oscillatory regime established and the average volume of the silicone mixture will shift automatically, naturally in a fairly linear zone of extension and compression.
  • the silicone mixture is more difficult to compress than to expand. Thus, it may be advantageous to use it prestressed in depression in order to facilitate its deformation in compression. When bubbles or pockets of gas are present in the gel layer, the extension is further facilitated, for a given force. For example, it is possible to use a vacuum pump in an enclosed space to maintain a constant average vacuum on the gel layer during operation.
  • the oil used can be the oil marketed under the brand RHOSORSIL ⁇ with reference 47V5.
  • long silicone chains allow a slow return, to absorb low frequencies, without creating resonance in the gel layer.
  • short chains are more suitable for micro deformations with little energy, such as absorbing for an in-ear headphones for example.
  • the longer chains allow vibration absorption for applications such as engines, machines, audio speakers. In both cases, a supplement with a traditional absorbent type foam, wool, felt is possible.
  • Silicone oil and short-chain silicone are more suitable for miniature applications such as helmets because the displacement distances are shorter for the same frequency and therefore at the same wavelength but at smaller amplitude. Silicone oil and long chain silicone are rather suitable for audio speakers, noise absorption of motors, machines etc. The local quantity of energy to be treated is greater.
  • the average thickness of the device is for example less than 3 mm, and for example less than 1 mm for an in-ear headset.
  • the average thickness may be between 1mm and 4cm depending on the areas, the dimensions of the speaker, the energy level to be processed, the frequency range.
  • the gross density of the silicone mixture, ie before the addition of gas or other substance is between 800g / dm3 and 1300g / m 3
  • the density of the device can be lower or higher through the use of silicone additives or the use of closed cavities, or pores for example. It is possible to use powder or liquid dyes for aesthetic reasons or to perform dosages or rapid identification.
  • Said additive substances include, for example, a non-exhaustive list, a mineral filler, such as calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulphate, calcium sulphate, calcium sulphite, calcium phosphate.
  • a mineral filler such as calcium carbonate, magnesium carbonate, barium sulphate, calcium sulphate, calcium sulphite, calcium phosphate.
  • the absorption device can include a rigid backbone, that is to say which has a rigidity greater than the gel layer, and around which the gel layer is built.
  • the skeleton is embedded in the gel layer. This skeleton allows the device to hold the general shape of the gel layer over time despite the gravity and the accelerations to which it is subjected.
  • the skeleton will have a surface and will be made of a material allowing good adhesion of the silicone mixture.
  • the backbone may also have the additional purpose of saving the silicone mixture or minimizing its effect in places due to the thickness and shape of the backbone.
  • This skeleton can also allow the device to be fixed to the surface where it is to be installed. In this case, the absorbent device is maintained on the surface to be treated directly by maintaining its skeleton.
  • the device according to the invention can be declined in many forms and many compositions, or combination of forms and compositions. For each of the three modes of propagation described above, the location, the geometry, the composition, the skeleton and the dimensions of the absorbent device can be optimized in order to obtain the expected result.
  • the device according to the invention can also be covered with conventional absorbent materials or with a product such as flexible film because the device can be tacky due to its composition.
  • it can be covered with fine powder which will adhere thanks to the sticky surface of the silicone mixture.
  • the powder may be of inorganic and / or organic nature and / or may comprise microspheres and / or micro hollow bodies, made of elastomer and / or thermosetting and / or thermoplastic material.
  • FIG. 6 is an illustration of an embodiment of an absorption device according to the invention.
  • the example part was coated with micro-balloon powder. It could also have been covered with a powder of the “talc” type, or other mineral powder, organic, compound, microbeads, micro hollow bodies, elastomers, thermosetting, thermoplastic or any combination of these materials.
  • the size of the particles, as well as their density will be adapted according to the desired surface characteristics.
  • the silicone mixture part is covered with synthetic wool.
  • a mold H1 and its base H2 making it possible to pour the silicone mixture inside the mold H1 in order to obtain an example of the shape of the absorbent device which is easy to produce.
  • a mold can be composed of several shapes, more or less complex, so as to flow only once.
  • the silicone mixture can also be deposited in the manner of a 3D printer, or 3D printer using UV for example or any other catalyst.
  • FIG. 9 An example of a simple skeleton illustrated in FIG. 9 can be integrated into the casting during its hardening.
  • This skeleton is composed of a plate 11 for subsequent retention on its support to be isolated.
  • This plate can be fixed by any existing means.
  • This plate adjoins a rod I2 on which I3 surfaces adjoin.
  • the rod I2 and the surfaces I3 are designed to allow good adhesion of the silicone mixture and maintenance in its overall shape, without compromising its flexibility.
  • the backbone can include a grip base to help maintain the gel layer on the backbone.
  • the surfaces I3 and the rod I2 can have a particular surface condition I4, such as holes, roughness, roughness as needed, or a primer can be applied to the surfaces and the rod.
  • the bonding primer can be of the titanium tetrabutanolate type.
  • the skeleton can be composed of several mini-skeletons for absorbent devices with particular and complex general relief.
  • the plate 11 can support several shapes of several materials and several different sub-skeletons. There are endless possibilities.
  • the absorbent device may consist of several molded parts. Parts cast in one or more times, with varying characteristics within each part and from part to part.
  • the absorbing device can be held in position in the medium for which it is necessary to absorb the waves passing towards it as well as to return in different directions and different delays the waves that are not. will not have been able to absorb. Its function is to absorb waves in a medium to be treated.
  • the flexible bubble film can be single-walled, in this case the cast silicone mixture will have a part separated by the air bubbles and a part not separated and close to the surface to be treated.
  • the bubble wrap can also be double walled. If the ends of the bubble film are clogged, the silicone mixture will not propagate between the walls or in the bubbles, an air space will therefore be created between the poured silicone mixture and the surface to be treated over the entire surface. .
  • the device can be intended to be enclosed or placed in a protected place, or to be covered by foam, wool, flexible film, the surface resistance and the sticky aspect of the silicone mixture is not a point. embarrassing. A flexible film adheres naturally to the silicone mixture.
  • the device can be implemented in different ways.
  • the device can be composed of several absorber pads J1 with or without skeleton, different or not, connected to each other J2 so as not to move when they are in the mixture.
  • liquid silicone during vulcanization may include a holding and positioning frame J3 when it is glued to the part to be treated.
  • the body of the absorbent device can be designed so as to sink to the bottom of the liquid silicone mixture during setting, or on the contrary to float during setting. It can also be kept at a certain position when taking by an external means.
  • the absorbent device can be custom fabricated for use on specific material. On the contrary, it can also be manufactured according to a relief and characteristics allowing it a general use, in the manner of soundproofing insulating plates for premises, or in the manner of absorption plates made of cellular acoustic foam.
  • the packaging of the insulating device will take into consideration the tackiness of the absorption device.
  • a compatible food type plastic film allows to pour, to unmold, then to be removed after gluing if necessary. A part of the film can also be left and does not affect the general characteristics if it is flexible and stretchable enough.
  • the gel is placed in the manner of an ultraviolet 3D printer, before or after assembly of the housing.
  • the advantage is to be able to vary the reliefs and also the characteristics of the gel, and to incorporate cavities of specific shapes in the desired locations.
  • cavities forming sound traps can be formed in the flexible gel. These cavities can be channels communicating with the external environment on at least one side. This creates a porosity of the gel layer. This porosity is preferably between 5% and 80% by volume.
  • these channels have a surface at a section opening onto the external environment which is greater than or equal to 0.25 cm 2 , and have a length of at least 0.5 cm.
  • Their role is to increase the surface area of the absorbent device with air and to limit the quantity of gel necessary for identical absorption.
  • Their shape is ideally non-cylindrical so as to create a sort of baffle.
  • Each variation of section within a cavity makes it possible to create phenomena of compression and depression of the air.
  • the effectiveness of the gel is better distributed over a frequency range because the air will not circulate at the same speed and at the same pressures depending on the areas of the cavity.
  • FIG. 11a illustrates a top view of channels, or "traps".
  • FIG. 11b illustrates a side view by transparency of an absorbent block in silicone mixture once the trap mold has been removed.
  • the “traps” have been powder-colored to bring out their contours. The powder can also be used for technical reasons, as defined in this description.
  • the countermould with traps, previously coated with a release product if possible, is placed directly in the poured silicone mixture, before vulcanization. Then the trap counter-mold is removed once the vulcanization is complete.
  • the shape of the trap counter-mold is found in a negative impression in the silicone mixture. This counter-mold allows the molding of “sound trap” channels in the silicone mixture, whether it is produced beforehand with a view to bonding, or directly cast on the part to be treated.
  • the presence of the pores makes it possible in particular to reduce the overall hardness of the device.
  • the porosity is again preferably between 5% and 80% by volume.
  • the bubbles can eventually communicate with each other within the flexible gel layer, forming channels. These channels themselves may or may not lead to the outside of the gel layer.
  • Another technique consists in sucking the silicone mixture with the foam. By compressing the foam beforehand, or simply by capillary action.
  • a final technique consists in compressing the foam, which is therefore prestressed, and the silicone mixture during vulcanization. Then, once vulcanization is complete, release and place in a vacuum to open some blocked channels.
  • the diameter of these cavities can be reduced, for example by crushing the foam created and then letting it suck up the gel previously produced by a suction phenomenon.
  • the surface of the part where the silicone mixture serving as glue will be poured can be inclined during casting in order to obtain different thicknesses of the flat part of the silicone mixture, as can be seen in figure 5.
  • the absorption device finds particular application in a vibration absorption system in an acoustic enclosure.
  • acoustic enclosure is understood to mean any rigid and at least largely closed system, called a “box” comprising one or more acoustic transducers.
  • the assembly formed by the rigid case and the sound absorbers is called a “box”.
  • the absorption device makes it possible to limit the three modes of wave propagation seen previously.
  • the harmonics are negligible.
  • the acoustic system comprises an enclosure and an absorption device according to the invention.
  • the interior walls of the housing and / or internal elements of the housing are covered with the flexible gel described above.
  • the added absorption device limits the propagation of waves towards the housing and therefore towards the outside, and also the return of these waves into the enclosure. .
  • FIG. 14 illustrates a possible embodiment of the device. It is made up of the following elements:
  • M2 is the rigid part of the loudspeaker: the housing.
  • M1 is the absorbent gel.
  • M3 is a reinforcing plate making it possible to increase the surface of absorption gel.
  • the realization of an acoustic enclosure including the absorption device has other advantages, in particular:
  • the enclosure is sealed in the long term because an electrical connection terminal block may no longer be waterproof after one or more years.
  • Plastic terminal blocks warp and no longer compress the seal between the terminal block and the enclosure box correctly after one or more years.
  • the enclosure may include additional conventional acoustic treatments. These usual acoustic treatments can be attached to the gel directly by incorporation into the surface when the product sets. They can also be attached to the silicone mixture.
  • FIG. 5 represents an example of 2 opposite faces.
  • Gel D1 is not arranged in equal volume depending on the side on which it is placed, nor is it of the same hardness on both sides.
  • a conventional acoustic insulation D2 is then placed on the surface of this gel.
  • Dimensions D3 and D4 are not identical so as not to absorb or reverberate common frequencies.
  • kits to modify the speakers already produced.
  • These kits include the pourable gel, a skeleton, for example adhesion grids to be fixed on the internal walls of the enclosure for the maintenance of the gel, and / or an adhesion primer, and / or glue and / or sound insulators in conventional materials.
  • Filter elements with lugs can also be supplied in order to maintain the general balance of the enclosure due to changes in the characteristics of the enclosure. These are in addition to existing ones, or replacing them, depending on the kit offered.
  • the skeleton is a cone of chipboard. Agglomerated wood is porous therefore the silicone mixture adheres correctly by infiltration and continuity of the material. The whole is covered with acoustic wool. The skeleton is glued to the back of a speaker. The device is therefore towards the center of the speaker volume.

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Abstract

Dispositif d'absorption de vibrations, notamment d'ondes sonores, les fréquences des vibrations à absorber étant comprises dans une plage déterminée, le dispositif comprenant au moins une couche d'un gel souple solide, le gel étant déformable élastiquement sous l'effet des vibrations à absorber, le dispositif d'absorption ayant ses fréquences de résonance en dehors de la plage déterminée des fréquences des vibrations à absorber, le gel comprenant un mélange siliconé et présentant une dureté inférieure à 99 de l'échelle shore 00, un module de Young inférieur à 10 MPa en statique et un module de Coulomb inférieur à 4 MPa.

Description

TITRE : Dispositif d’absorption d’ondes sonores et vibratoires à l’émission comme à la transmission sur base de mélange contenant du silicone, application possible pour tout type de transducteur audio. Domaine technique
[1] La présente invention concerne un dispositif d'absorption d’ondes sonores, c'est-à-dire transmises par l’air, et vibratoires, c'est-à-dire transmises par un milieu solide. Le dispositif a notamment la particularité principale d’absorber les ondes du spectre audible, pour des fréquences qui sont très peu absorbées par les dispositifs connus, à moins d’utiliser des volumes très importants de matériaux, ce qui est incompatible avec des enceintes de petit volume.
Arrière-plan technologique
[2] Les absorbants acoustiques connus sont principalement sous forme de mousse, de plaque bitumée ou de caoutchouc. Ces absorbants n’absorbent que partiellement, et de manière restreinte, les ondes dans les fréquences basses du spectre audible.
[3] En outre, ils transfèrent l’onde reçue en surface sous forme de pression exercée sur leur support. Inversement, lorsqu’ils sont fixés sur la source émettrice, ils n’isolent pas assez la source émettrice de l’onde vers l’environnement extérieur.
[4] Il existe par exemple des dispositifs d’absorption constitués d’une superposition de couches de matériaux aux caractéristiques différentes, mais ils sont peu efficaces notamment par rapport aux réverbérations, c'est-à-dire lorsque qu’il se produit un ensemble réflexions. Leur objectif est principalement d’empêcher une transmission de l’onde au support ou à l’environnement. Le principe est sensiblement le même que les isolants thermiques multicouche, qui empêchent une transmission grâce aux zones absorbantes inter-réfléchissantes mais qui réfléchissent le rayonnement perçu en surface. [5] Des dispositifs basés sur une résonance de matériau en opposition de phase pourront donner de bons résultats pour une plage réduite de fréquences mais ne fonctionneront qu’en régime établi, et non sur les transitoires. De plus, comme tout système bouclé, leur efficacité est limitée si l’on souhaite une bonne stabilité du régime établi. C’est le cas du dispositif décrit dans CN103996396A qui s’adresse aux basses fréquences, et pour lequel ces fréquences sont absorbées par résonance locale et le principe de l’opposition de phase. Chaque fréquence est ainsi ciblée, ce qui rend le dispositif compliqué à mettre en œuvre. Les variations de caractéristiques mécaniques avec le vieillissement des matériaux peuvent perturber le fonctionnement. C’est un dispositif surtout approprié à l’annulation de bruit continu pour des moteurs ou machines par exemple.
[6] Il existe un autre dispositif fonctionnant sur le principe d’une mousse à pores ouverts : le document WO2016/174196A1 décrit des billes interconnectées, formant un matériau de type mousse microporeuse. Ce type de dispositif est destiné à absorber les fréquences uniquement supérieures à 1kHz car la longueur d’onde doit être courte.
[7] Un dispositif comme celui décrit dans CN1466124A utilise des vecteurs d’énergie solides dans un matériau type silicone. Ces vecteurs d’énergie rigidifient l’ensemble, à la manière d’un béton fibré. La rigidité fait apparaître des fréquences de résonance indésirables.
[8] L’option d’ajouter des fibres, poreuses ou non, dans le silicone, comme décrit dans le document US2011186381 , a les mêmes effets sur la dureté de l’ensemble que l’exemple précédent : rigidifier le silicone. La masse volumique est diminuée (fibres poreuses), d’où une entrée en résonance indésirable supérieure si la proportion de fibres est trop importante.
[9] Un dispositif d’écran barrière comme décrit dans CN109048668A concerne les raffineuses rectifieuses meuleuses fraiseuses. Il concerne les fréquences dites intermédiaires et aiguës, et non le grave et bas médium. Le mélange siliconé a une épaisseur de 1 à 2 mm, il est par conséquent peu efficace sur les basses fréquences. Les basses fréquences c'est-à-dire inférieures à 500Hz ne sont pas visées par ce dispositif car ce ne sont pas les fréquences principales et dangereuses pour l’audition émises par les outillages cités. Selon ce document, le silicone se comporte principalement comme une barrière à la transmission grâce à l’apport en masse qu’il procure. Par contre, le son est renvoyé vers la machine. Un squelette est utilisé, il n’est rigide que localement étant donné sa forme courbée et son épaisseur inférieure à 1mm qui le font fonctionner en ressort sur les basses fréquences. Les basses fréquences ne peuvent donc pas être efficacement absorbées.
[10] Il est possible d’utiliser le silicone comme un amortisseur, comme décrit dans US2013019702A1 qui propose une méthode pour maintenir un transducteur à ultrasons sans transmettre, dans un sens comme dans l’autre les fréquences supérieures à 20 000Hz. Il s’agit dans ce dispositif d’améliorer un système permettant de détecter des fissures dans un matériau par mesure à ultrasons. Le silicone propose une résistance en continu pour assurer le maintien du transducteur à ultrasons. La bande audio humaine fonctionne pour une fréquence inférieure à 20 000Hz. L’utilisation du silicone comme décrite dans le document US2013019702A1 est une utilisation classique : maintenir mais ne pas transmettre les hautes fréquences. La résistance de transmission est faible à basse fréquence, mais plus grande à haute fréquence. C’est une caractéristique importante des matériaux souples.
[11] Il existe donc un besoin pour un nouveau dispositif d’absorption d’ondes surmontant notamment les inconvénients précités.
[12] Notamment, il existe un besoin pour un dispositif qui limite la propagation des ondes à travers lui-même.
Résumé de l’invention
[13] Selon un premier aspect, l’invention propose un dispositif d’absorption de vibrations, notamment d’ondes sonores. Les fréquences des vibrations à absorber sont comprises dans une plage déterminée, cette plage comprenant des fréquences dites basses, par exemple inférieures à 8kHZ, et de préférence inférieures à 1kHz. Le dispositif comprend au moins une couche d’un gel souple solide, le gel étant déformable élastiquement sous l’effet des vibrations à absorber, le dispositif d’absorption ayant ses fréquences de résonance en dehors de la plage déterminée des fréquences des vibrations à absorber. Le gel comprend un mélange siliconé et présente une dureté inférieure à 99 de l’échelle shore 00, un module de Young inférieur à 10 MPa en statique et un module de Coulomb inférieur à 4 MPa. Ces valeurs sont à considérer dans des conditions normales d’utilisation, c'est-à-dire à la pression atmosphérique, et pour des températures communément rencontrées en extérieur. [14] La masse volumique du mélange siliconé est par exemple inférieure à 1200kg/m3 et la vitesse de propagation d’une vibration dans la couche de gel est inférieure à 1100m/s.
[15] Selon un mode de réalisation, le gel silicone comprend au moins un des composants supplémentaires suivants : du silicone, de l’huile de silicone, un composé du silicone, du butyle, de l’uréthane, du polyuréthane, du nitrile, du chlorophène, de l’éthylène, du polyéthylène, un composé fluoré, Isoprène ou caoutchouc butyle.
[16] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un ou plusieurs éléments absorbeur de vibrations complémentaire choisi parmi au moins un des éléments suivants : mousse, feutre, plaque bitumée, un élément en caoutchouc, ou un film plastique souple, de matière minérale, animale, synthétique, végétale, produit ou sous-produit animal ou végétal.
[17] Selon un mode de réalisation, le dispositif d’absorption est maintenu dans une ou plusieurs zones où les ondes à absorber sont concentrées, permettant d’absorber les ondes passant dans son environnement proche, et limitant leur propagation dans le milieu. De telles zones sont par exemple des zones où des ondes sonores réfléchies se concentrent. Le dispositif peut alors se présenter sous la forme d’une boule sensiblement sphérique, éventuellement munie de pics s’étendant diamétralement à partir de sa surface extérieure, de manière à favoriser l’absorption et renvoyer les ondes non absorbées dans une multitude de direction. Dans ce cas, le dispositif est par exemple simplement placé dans un milieu où les ondes doivent être absorbées, sans contact direct avec les parois.
[18] Selon un mode de réalisation, le dispositif peut avoir une forme adaptée en fonction de la circulation des ondes dans un milieu où il est placé, et prendre par exemple la forme d’un écran plat, parabolique, ou incurvé en une ou plusieurs zones, empêchant les ondes de se transmettre d’un côté de l’écran vers l’autre côté.
[19] Selon un mode de réalisation, le dispositif peut être disposé sur une surface pour laquelle le rayonnement doit être absorbé pour ne pas être réfléchi, empêchant des ondes de revenir vers le milieu émetteur, il diminue la réflexion en absorbant les vibrations acoustiques et mécaniques. Il s’agit par exemple de la surface des parois à l’intérieur du boîtier d’une enceinte. [20] Selon un mode de réalisation, le dispositif absorbant est directement en contact avec une surface d’une paroi d’une machine émettrice de vibrations. Il a un effet d’écran barrière car il absorbe les ondes qui lui sont transmises mécaniquement, afin de ne pas les transmettre au milieu extérieur à protéger
[21] La nature gel liquide formant une couche du dispositif le rend particulièrement adapté à être appliqué sur une surface.
[22] Selon un mode de réalisation le dispositif comprend au moins un squelette rigide servant de support à la couche de gel, le squelette étant non déformable sous l’effet des vibrations, des accélérations et de la gravité auquel est soumis le dispositif.
[23] Selon un mode de réalisation, le squelette comprend une base d’accroche pour favoriser la tenue mécanique de la couche de gel sur le squelette.
[24] Selon un mode de réalisation, la couche de gel comprend des canaux dénommés pièges, formant des pièges sonores de manière à obtenir une porosité globale comprise entre 5 % et 80 %.
[25] Selon un mode de réalisation, une surface de la couche de gel est recouverte d’un revêtement extérieur non-collant. Il peut s’agir par exemple d’un film souple et élastique, de type film alimentaire, ou de poudre à particules pleines ou creuses.
[26] Selon un mode de réalisation, la plage de fréquences d’absorption est comprise entre 200Hz et 1 KHz, ou est comprise entre 5Hz et 8kHz.
[27] Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un système acoustique comprenant au moins un support et au moins un dispositif d’absorption tel que présenté ci-dessus, dans lequel le dispositif est en contact avec le support.
[28] Selon un mode de réalisation, le support est au moins une paroi intérieure du boîtier d’une enceinte acoustique.
[29] Selon un mode de réalisation, le support est une paroi d’une machine émettrice de vibrations.
[30] Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de la couche de gel peut varier en fonction de sa localisation sur le support.
[31] Selon un mode de réalisation, le système comprend un volume clos délimité par au moins une surface d’au moins une paroi, et le support et le dispositif d’absorption sont à distance de ladite surface. [32] Selon un troisième aspect, l’invention propose un procédé de fabrication d’un dispositif d’absorption de vibrations tel que présenté ci-dessus, comprenant :
- La détermination d’une plage de fréquences à absorber ;
- La mise au point d’au moins une couche de gel souple dont les fréquences de résonance sont au moins en partie en dehors de la plage de fréquences à absorber.
Brève description des dessins
[33] Les figures 1 à 3 illustrent de manière schématique trois modes de propagation d’ondes vibratoires ;
[34] La figure 4 est un schéma illustrant l’absorption procurée par différents dispositifs en fonction de la fréquence des ondes à absorber ;
[35] La figure 5 est une représentation schématique d’un volume pourvu d’un mode de réalisation du dispositif d’absorption selon l’invention ; [36] Les figures 6 et 7 sont une illustration d’un mode de réalisation d’un dispositif d’absorption selon l’invention ;
[37] La figure 8 est une représentation schématique d’un moule pour fabriquer un dispositif d’absorption conforme à l’invention ;
[38] La figure 9 est une représentation schématique d’un squelette pour la réalisation d’un dispositif d’absorption conforme à l’invention ;
[39] La figure 10 est une représentation schématique d’un mode de réalisation d’un dispositif d’absorption conforme à l’invention ;
[40] La figure 11 représente un dispositif selon l’invention comportant des interstices, appelés « pièges » selon deux prises de vue différentes. [41] La figure 12 est une illustration d’un contre-moule permettant de réaliser les formes de la figure 11
[42] La figure 13 est une illustration d’une couche à bulles d’air permettant d’isoler le dispositif de mélange siliconé de son support.
[43] La figure 14 est une illustration schématique d’une enceinte équipée d’un dispositif d’absorption conforme à l’invention.
[44] La figure 15 est un schéma d’un montage pour caractériser un échantillon par le rebond d’une bille. [45] La figure 16 représente deux diagrammes d’ondes de choc résultant du montage de la figure 15.
[46] La figure 17 représente quatre diagrammes, chacun correspondant à un type d’échantillon, illustrant la réponse de la première période résultant du montage de la figure 15 pour différentes masses de billes.
[47] La figure 18 représente quatre diagrammes, chacun correspondant à un type d’échantillon, illustrant la réponse en pourcentage du premier retour résultant du montage de la figure 15 pour différentes masses de billes.
Description détaillée
[48] Le dispositif d’absorption selon l’invention est destiné à absorber des vibrations, et notamment des ondes sonores, c'est-à-dire transmises par l’air, mais plus généralement des ondes vibratoires, c'est-à-dire transmises par n’importe quel support, dans une plage de fréquences déterminées. L’invention trouvera une application particulière, mais non limitative, dans l’absorption des ondes dites de basses fréquences dans le domaine acoustique, c'est-à-dire typiquement inférieures à 8KHz, et de préférence inférieure à 1 KHz.
[49] Le dispositif d’absorption comprend au moins une couche d’un gel, dont les propriétés seront détaillées ci-dessous. La couche de gel peut être associée à d’autres matériaux classiquement connus pour leurs propriétés d’absorptions d’ondes sonores ou vibratoires classiques dont elle complète les manques en termes de fréquences d’absorption.
[50] Par gel, on désigne ici un matériau solide, c'est-à-dire qu’il ne présente aucun écoulement lorsqu’il est dans un état stable.
[51] Par absorption on désigne ici la capacité du dispositif à réduire l’intensité des vibrations. La réduction est d’au moins 30% de l’intensité, de préférence elle est supérieure à 50%, et de préférence encore elle est supérieure à 80%.
[52] Selon l’invention, la densité et la souplesse du gel permet de propager au sein de la couche de gel l’onde arrivant à sa surface, lui permettant d’en absorber une grande partie. L’onde est en partie diffusée, et/ou en partie retardée et/ou avancée, et/ou en partie transformée en calories.
[53] Dans la suite, nous définissons par « dispositif absorbant » le dispositif tel qu’il sera décrit dans l’invention. Le dispositif comprend au moins une couche de gel, ce gel étant essentiellement composé de silicone très souple, solide par opposition à liquide, de dureté Shore particulièrement faible. Pour ajuster la dureté Shore, des adjuvants comme de l’huile de silicone ou autres produits, gazeux, solides ou liquides peuvent être intégrés. [54] Le dispositif absorbant peut être de très petite taille, inférieure au micro mètre cube avec une composition très proche du liquide. Il peut aussi être de grandes dimensions s’il comprend un squelette.
[55] Le dispositif de l’invention est à utiliser seul ou en complément des dispositifs d’absorptions d’ondes sonores ou vibratoires classiques dont il complète les manques.
[56] Pour les ondes vibratoires et acoustiques, il existe principalement 3 modes de propagation lorsque l’on s’intéresse au lien entre un générateur d’onde, et au lien entre un milieu tel que l’air et un milieu solide.
[57] De manière générale, le dispositif absorbant selon l’invention peut fonctionner en agissant sur ces trois modes de propagation des ondes sonores et vibratoires. Dans les exemples suivants, une onde primaire est représentée par une flèche épaisse. Les flèches d’épaisseur inférieure sont les ondes résultantes. Le principe est expliqué pour une onde parmi tout le rayonnement afin de faciliter la compréhension. [58] Selon un 1er mode illustré sur la figure 1, le dispositif absorbant 1 est attenant à un support 2, qui doit être isolé du milieu 3 dans lequel une onde 4 sonore est émise.
[59] L’onde 4 incidente venant du milieu 3 atteint le dispositif absorbant 1. Une partie 5 de cette onde est réfléchie. Une autre partie 6 est absorbée par le dispositif absorbant 1. Le reste 7 de l’onde 7 est transmis au support 2. La partie 5 réfléchie et la partie 7 restante doivent être minimisées.
[60] Selon un deuxième mode illustré sur la figure 2, le dispositif absorbant 1 est fixé sur un appareil émissif servant de support 2. Le rôle du dispositif 1 absorbant est de limiter le transfert des ondes du support 2 émissif vers le milieu extérieur 3. Une onde 4 vibratoire émise par l’appareil émissif, dont le support 2 est par exemple une paroi, est en partie absorbée par le dispositif 1 absorbant avant d’entrer dans le milieu 3 extérieur. Ainsi, une partie B5 de l’onde 4 est absorbée. La partie B6 restante est transmise vers le milieu 3 extérieur. L’onde B6 restante doit être minimisée, donc la partie B5 absorbée doit être maximale, elle est évacue par exemple par calories ou transposition dans un autre domaine fréquentiel.
[61] Selon un troisième mode illustré sur la figure 3, le dispositif absorbant C1 et C4 est maintenu C2 dans un milieu 3 pour lequel il est nécessaire d’absorber les ondes le traversant ainsi que de renvoyer dans différentes directions et différents retards les ondes qu’il n’aura pas pu absorber directement.
[62] La présente invention permet ainsi d’agir sur les 3 modes de propagation des ondes sonores et vibratoires cités précédemment.
[63] Notamment, grâce à la couche de gel décrite ci-après, le dispositif permet d’absorber en particulier les basses fréquences dans le domaine acoustique de manière efficace.
[64] Par basses fréquences, on désigne ici les fréquences typiquement inférieures à 8KHz. Le dispositif trouvera toutefois des applications particulières pour absorber des vibrations de fréquences inférieures à 1 KHz. [65] A cet effet, la couche de gel est déformable élastiquement sous l’effet des vibrations à absorber. Plus précisément, pour une plage de fréquences donnée, la couche de gel va absorber les vibrations en éventuellement se déformant, mais pourra reprendre sa forme initiale en absence de contraintes extérieures.
[66] Les déformations peuvent être de deux types : en traction/compression, type pour lequel le module d’Young de la couche de gel est typiquement inférieur à
10MPa, et en cisaillement, type pour lequel le module de Coulomb de la couche de gel est typiquement inférieur à 4MPa, dans les conditions normales d’utilisation.
[67] Dans la suite de la description, sauf indications expresses, les valeurs et propriétés présentés pour le dispositif d’absorption correspondent à celles attendues dans des conditions normales d’utilisation, c'est-à-dire à la pression atmosphérique, et pour des températures comprises entre 5°C et 45°C.
[68] Une autre particularité de la couche de gel est qu’elle présente une dureté inférieure à 99 sur l’échelle Shore 00, c'est-à-dire qu’elle est particulièrement molle.
[69] Selon un mode de réalisation, la dureté de de la couche de gel peut être inférieure au domaine mesurable dans l’échelle Shore 000. [70] La dureté particulière de la couche de gel est obtenue notamment grâce à l’emploi de silicone et d’huile de silicone.
[71] Cette combinaison des deux particularités en termes d’élasticité et de mollesse de la couche de gel confère au dispositif d’absorption des performances lui permettant d’absorber notamment les basses fréquences de manière plus efficace que les dispositifs de l’art antérieur. On parle alors de gel souple.
[72] Les valeurs d’élasticité et de dureté ont été mises au point afin d’optimiser l’absorption pour des fréquences inférieures à 8kHz, de préférence inférieure à 1kHz.
[73] Plus précisément, la vitesse de retour influe, dans le cas du dispositif absorbant, sur ses fréquences de résonance, et donc sur sa capacité à absorber certaines fréquences et leurs limites dans le domaine fréquentiel.
[74] Ainsi, la couche de gel est mise au point de manière à adapter ses fréquences de résonance à la plage des fréquences à absorber. De préférence, les fréquences de résonance de la couche de gel sont en dehors de la plage des fréquences à absorber. Toutefois, c’est le dispositif d’absorption dans son ensemble qui doit de préférence avoir ses fréquences de résonance en dehors de la plage des fréquences à absorber.
[75] Ainsi, la dureté, l’élasticité et la vitesse de retour de la couche de gel à sa position initiale peuvent être ajustées en fonction des plages de fréquences à absorber visées. Un retour lent, associé à une dureté faible et une grande élasticité, permettra d’absorber des basses et moyennes fréquences sans entrer en résonance. Plus la dureté est élevée, moins l’absorption des basses fréquences est efficace.
[76] En d’autres termes, plus la dureté est élevée, pour une pression donnée, moins la déformation de la couche de gel est élevée. Les ondes de basses fréquences, et donc de longueurs d’onde et d ‘amplitude élevées, sont alors moins absorbées par la couche de gel.
[77] Cet ajustement estobtenu notamment en jouant sur la composition de la couche de gel. Par exemple, la dureté est diminuée lorsque la quantité d’une huile en silicone est augmentée. Les chaînes siliconées longues assurent un retour plus lent du matériau. [78] On présente ci-dessous quatre exemples de composition pour une couche de gel conforme au dispositif absorbant selon l’invention.
Figure imgf000013_0001
Tableau 1 [79] Les composants mentionnés dans le tableau 1 ci-dessus sont :
Silicone X : silicone formé par le mélange de deux composants X1 et X2 à prise par vulcanisation, dont la dureté est inférieure au plus bas indice Shore 00, et dont la viscosité à 20°C est de 4000mPa.s ;
Silicone Y : silicone formé par le mélange de deux composants Y1 et Y2 à prise par vulcanisation, de dureté 8 sur l’échelle Shore A ;
Huile silicone H : huile de silicone de viscosité de l’ordre de 1 mm2/s à 25°C ; Huile silicone K : huile de silicone de viscosité de l’ordre de 5mm2/s à 25°C.
[80] Il a été constaté que la vitesse de propagation d’une onde sonore dans ces mélanges est assez proche de la vitesse du son dans l’air. Par exemple, une mesure a été réalisée sur une tige de 1m de long et de 3cm de diamètre dont la composition correspond à celle l’échantillon B du tableau 1. Deux micros à une distance de 88cm l’un de l’autre sont placés à proximité de la tige. La tige est suspendue, maintenue horizontalement de manière souple et non amortie pour la mesure. Une impulsion est transmise dans la tige. La vitesse mesurée est alors de 438m/s.
[81] Ainsi, une onde sonore traversant la couche de gel a sa vitesse peu modifiée lorsqu’elle traverse la couche de gel. L’angle de réfraction est alors faible. L’absorption de l’onde se fait alors sur l’ensemble de la dimension traversée par l’onde de la couche de gel.
[82] Afin de caractériser l’absorption, on a réalisé une série de tests basés sur le rebond d’une bille en acier.
[83] A cet effet, des billes de différents diamètres, et donc de différentes masses sont lâchées d’une hauteur de 30 cm sur un échantillon de chaque composition du tableau 1, recouvert d’une fine couche de talc afin d’éviter que la bille ne colle à l’échantillon. La figure 15 montre le schéma d’une installation pour effectuer les tests. La masse volumique de l’acier des billes est de 7690kg/m3
[84] Ainsi, une bille N2 d’un diamètre déterminé est lâchée d’une hauteur de 30 cm sur un échantillon de mélange N1 encastré dans un plan inerte N3. Un micro N4 enregistre les vibrations créées lors de l’impact, et mesure ainsi l’amortissement qui s’ensuit. L’expérience est réalisée pour chaque type de mélange, A, B, C et D. La figure 16 illustre deux exemples d’enregistrement par le micro N4 d’intensité d’ondes sonores en fonction du temps , et qui permettent de mesurer les valeurs transcrites dans les tableaux Fig 17 et Fig18 Sur la figure 17, on a représenté, pour chaque échantillon, la période de la première onde At, mesurée comme représenté figure 16, après le choc, mesurée pour différentes masses de billes. Cette période correspond à, sur les schémas de la figure 15, la largeur du premier pic positif et du pic négatif qui suit immédiatement. La période de la première onde après impact At est exprimée en ms.
[85] La bille présentant une masse, au contraire des ondes sonores ou vibratoires, la fréquence de résonance de chaque échantillon peut donc être extrapolée à partir de la courbe obtenue sur la figure 16 comme étant l’intersection de la courbe avec l’axe des ordonnées.
[86] Figure 18 exprime le pourcentage de la première onde de retour après le choc. Ce pourcentage est calculé à partir d’enregistrements similaires à ceux de la figure 16 en comparant l’intensité du premier pic négatif h2 et l’intensité du premier pic positif h1, et en exprimant le premier pic positif en pourcentage du premier pic négatif. On caractérise ainsi le rebond de l’échantillon soumis. h1/h2 x 100 en %
[87] L’élasticité en traction/compression de chaque échantillon A, B, C et D a été caractérisée ci-dessous.
[88] Dans un premier temps, on a caractérisé pour chaque échantillon l’élongation à la rupture par le rapport L/L0, en pourcentage, L0 étant la longueur initiale et L la longueur à la rupture :
Figure imgf000015_0002
Tableau 2 [89] Puis, dans un deuxième temps, on a mesuré, pour chaque échantillon, le module de Young, par des mesures d’allongement sous l’effet de différentes masses, sur des éprouvettes de longueur utile de 5cm et de section 2 cm2, d’après la formule :
Figure imgf000015_0001
[90] Les résultats sont une approximation du module de Young car le mélange siliconé à un comportement entre le liquide et le solide.
[91] Les résultats sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous :
Figure imgf000015_0003
Tableau 3
[92] L’épaisseur de la couche de gel peut également être adaptée aux fréquences et aux intensités à absorber.
[93] Lorsque la couche de gel est appliquée sur une paroi, son épaisseur peut varier en fonction de la localisation sur la paroi. Par exemple, comme cela sera vu plus loin, lorsque le dispositif d’absorption est mis en oeuvre dans une enceinte, la couche de gel souple peut être appliquée directement sur les parois intérieures du boîtier de l’enceinte. En fonction de la configuration de l’enceinte, et des fréquences à absorber, il est peut être avantageux de réaliser des épaisseurs différentes de la couche de gel en fonction de l’endroit où elle est placée dans l’enceinte. Des épaisseurs différentes de la couche de gel peuvent également être appliquées sur les parois d’une machine vibrante, en fonction par exemple de l’intensité et de la fréquence des vibrations sur chaque paroi. Cet ajustement de l’épaisseur est réalisé aisément grâce à la nature de gel. [94] Comme indiqué précédemment, la couche de gel peut être associée à un ou plusieurs autres matériaux classiques, c'est-à-dire dont les propriétés d’absorption d’onde sonores ou vibratoires sont classiquement connues, de manière à obtenir un dispositif d’absorption dont les fréquences de résonance sont en dehors de la ou des plages de fréquences à absorber. [95] Ainsi, le graphique de la Fig.4 illustre la complémentarité entre la couche de silicone du dispositif de l’invention et un matériau classique, en fonction de la fréquence du signal sonore.
[96] La couche de gel, associée sur la figure 4 à la courbe A, absorbe les fréquences basses tandis que le matériau classique, et associé à la courbe B sur la figure 4 est d’autant plus efficace en terme d’absorption que la fréquence est haute dans le spectre audible. La couche de gel et le matériau classique peuvent être utilisés de manière complémentaire afin d’obtenir un dispositif, associé à la courbe C sur la figure 4, qui absorbe sur une large gamme de fréquences.
[97] Un matériau classique peut être par exemple une mousse solide, du feutre, de la laine, une plaque bitumée, un élément en caoutchouc, un film plastique souple, de matière minérale, animale, synthétique, végétale, produit ou sous- produit animal ou végétal.
[98] Les basses et moyennes fréquences du spectre audio ont des longueurs d’onde pouvant atteindre plusieurs mètres. Les isolants type mousse, feutre ou laine ne sont pas adaptés. Les différences de pression sont absorbées par variation de volume, conversion en calories et différence de vitesse de propagation grâce au dispositif. [99] Ainsi, en associant la couche de gel avec un autre dispositif dit classique, par exemple en superposant une couche de mousse à la couche de gel, il est possible d’étendre la plage de fréquences absorbées par le dispositif global.
[100] Plus généralement, la plage des fréquences absorbée par la couche de gel peut être adaptée en adaptant les caractéristiques notamment d’élasticité et de dureté.
[101] Ainsi, le dispositif d’absorption selon l’invention comprend la couche de gel telle que définie précédemment afin d’absorber une ou plusieurs plage de fréquences déterminées. Le dispositif d’absorption peut comprendre une couche ou plusieurs couches d’un ou plusieurs autres matériaux classiques, de manière complémentaire, afin d’absorber des plages de fréquences différentes de celles absorbées par la couche de gel.
[102] Il est également possible de superposer plusieurs couches de gel au sein d’un même dispositif d’absorption, les caractéristiques de chaque couche étant adaptées pour absorber une ou plusieurs plages de fréquences déterminées.
[103] Afin d’obtenir les caractéristiques physiques désirées pour la couche de gel, et ainsi d’absorber la ou les plages de fréquences déterminées, on utilise comme matériau de base du silicone (par exemple du polysiloxane) et de l’huile de silicone pour réaliser la présente invention, ainsi que ses dérivés. Plusieurs huiles différentes peuvent être combinées. Le silicone possède une rotation autour de l'axe de la liaison Si-0 voire une rotation autour de l'axe de la liaison Si-C pour les silicones méthyliques, ce qui lui permet une résistance au déchirement importante, tout en ayant les caractéristiques mécaniques d’un gel. La viscosité cinématique et la viscosité dynamique sont plus stables pour le silicone que pour d’autres matériaux comme notamment le caoutchouc, le butyle, les matières minérales, en fonction de la température.
[104] On appellera par la suite « mélange siliconé », afin d’éviter des répétitions, un mélange de silicone, huiles de silicone, et toutes sortes d’additifs, Isoprène ou caoutchouc butyle ou autres.
[105] Des bulles ou poches de gaz, autre que de l’air, peuvent se former dans la couche de gel, et/ou être introduites volontairement, _afin notamment de favoriser les propriétés d’extension explicitées plus loin. Le régime oscillatoire établi et le volume moyen du mélange siliconé se décalera automatiquement, naturellement dans une zone assez linéaire d’extension et compression.
Caractéristiques du mélange siliconé [106] On présente maintenant quelques caractéristiques du gel souple formé à partir du mélange siliconé et utilisé dans le dispositif d’absorption de l’invention.
[107] Le mélange siliconé est plus difficilement compressible qu’extensible. Ainsi, il peut être avantageux de l’utiliser précontraint en dépression afin de faciliter sa déformation en compression. Lorsque des bulles ou poches de gaz sont présentes dans la couche de gel, l’extension est davantage facilitée, pour une force donnée. Il est possible par exemple d’utiliser une pompe à vide dans un volume clos pour maintenir une dépression moyenne constante sur la couche de gel lors du fonctionnement.
[108] Afin de libérer quelques atomes d’hydrogène / dihydrogène, il est possible de chauffer l’huile de silicone avant son utilisation, à une température supérieure à
200°C à la pression atmosphérique. Une scission de certaines liaisons se produira.
[109] A titre d’exemple, l’huile utilisée peut être l’huile commercialisée sous la marque RHOSORSIL© de référence 47V5. [110] D’une manière générale, on peut considérer que les chaînes siliconées dites longues permettent un retour lent, pour absorber les fréquences basses, sans créer de résonance dans la couche de gel. Au contraire, plus les chaînes sont courtes, plus le retour procuré est rapide. Les chaînes courtes sont plus adaptées aux micro déformations avec peu d’énergie, comme pour absorber pour un casque intra-auriculaire par exemple. Les chaînes plus longues permettent d’absorber les vibrations pour des applications type moteur, machine, enceinte audio. Dans les deux cas, un complément par un absorbant traditionnel type mousse, laine, feutre est envisageable.
[111] L’huile de silicone et le silicone à chaîne courte sont plutôt appropriés pour des applications miniatures comme des casques car les distances déplacement sont plus courtes pour une même fréquence donc à longueur d’onde identique mais à amplitude plus petite. L’huile de silicone et le silicone à chaîne longue sont plutôt appropriés à des enceintes audio, l’absorption de bruit de moteurs, de machines etc. La quantité locale d’énergie à traiter est supérieure.
[112] Pour les casques audio: l’épaisseur moyenne du dispositif est par exemple inférieure à 3 mm, et par exemple inférieure à 1 mm pour un casque intra- auriculaire.
[113] Pour les enceintes audio, barres de son, télévisions, voitures, public adress (sonorisation d’espaces publics), le son embarqué etc, l’épaisseur moyenne peut être comprise entre 1mm et 4cm selon les zones, les dimensions de l’enceinte, le niveau d’énergie à traiter, la plage de fréquence. [114] La masse volumique brute du mélange siliconé, c’est à dire avant adjonction de gaz ou autre substance est comprise entre 800g/dm3 et 1300g/m3
[115] La masse volumique du dispositif peut être inférieure ou supérieure grâce à l’utilisation d’additifs au silicone ou utilisation de cavités closes, ou pores par exemple. Il est possible d’utiliser des colorants en poudre ou liquides pour des raisons esthétiques ou pour réaliser des dosages ou un repérage rapide.
[116] Les dites substances additives comprennent, par exemple, liste non exhaustive, une charge minérale, telle que le carbonate de calcium, le carbonate de magnésium, le sulfate de baryum, le sulfate de calcium, le sulfite de calcium, le phosphate de calcium, l'hydroxyde de calcium, l'hydroxyde de magnésium, l'hydroxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de titane, l'oxyde de fer, le zinc oxyde, alumine, silice, silice colloïdale, terre de diatomées, dolomite, gypse, talc,, poudre teflon, argile, amiante, mica, silicate de calcium, bentonite, carbone blanc, noir de carbone, poudre de fer, poudre d'aluminium, poudre de verre, poudre de pierre, laitier de haut fourneau , des cendres volantes, du ciment, de la poudre de zircone ou similaire; un caoutchouc naturel ou son dérivé; un caoutchouc synthétique tel que le caoutchouc styrène-butadiène, le caoutchouc acrylonitrile-butadiène, le caoutchouc chloroprène, le caoutchouc éthylène- propylène, le caoutchouc isoprène, le caoutchouc isoprène-isobutylène, ou analogues; une macromolécule hydrosoluble et une gomme naturelle telle que l'alcool polyvinylique, l'alginate de sodium, l'amidon, le dérivé d'amidon, la colle, la gélatine, le sang en poudre, la méthylcellulose, la carboxyméthylcellulose, l'hydroxyéthylcellulose, le polyacrylate, le polyacrylamide, ou similaires; une charge organique telle que la farine de bois, la poudre de noix, la farine de coquille de noix de coco, la farine de blé, la farine de riz ou similaire; un acide gras supérieur tel que l'acide stéarique, l'acide palmitique ou similaire; un alcool gras tel que l'alcool palmitylique, l'alcool stéarylique ou similaire; un ester d'acide gras tel que le stéarate de butyryle, le mono stéarate de glycérine ou similaire; un amide d'acide gras; une cire naturelle ou une cire de composition telle que la cire de carnauba, ou similaire; un agent de démoulage tel que la paraffine, l'huile de paraffine, l'huile de silicone, la résine de silicone, les polymères fluorocarbonés, l'alcool polyvinylique, la graisse ou similaire; un agent d'expansion organique tel que l'azodicarbonamido, la dinitroso pentaméthylène tétramine, le p, p'-oxibis (benzène sulfonylhydrazide), l'azobis-2,2 '- (2-méthylpropionitrile), ou analogues; un agent gonflant inorganique tel que le bicarbonate de sodium, le bicarbonate de potassium, le bicarbonate d'ammonium ou similaire; des particules creuses telles qu'un ballon shirasu, de la perlite, un ballon en verre, du verre moussant en plastique, des céramiques creuses ou similaires; des corps ou particules moussants tels que du polyéthylène moussant, du polystyrène moussant, du polypropylène moussant ou similaires; un pigment; colorant; antioxydant; agent antistatique; cristallisoir; un retardateur de flamme tel qu'un composé du groupe phosphore, un composé du groupe azote, un composé du groupe soufre, un composé du groupe bore, un composé du groupe brome, un composé du groupe guanidine, un composé du groupe phosphate, un composé du groupe ester phosphorique, une résine de groupe amine, ou similaire; agent ignifuge; agent hydrofuge; agent oléophobe; agent insecticide; conservateur; la cire; surfactant; lubrifiant; antioxydant; absorbeur d'ultraviolets; un plastifiant tel que l'ester phtalique (par exemple le phtalate de dibutyle (DBP), le phtalate de dioctyle (DOP), le phtalate de dicyclohexyle) et autres (par exemple le phosphate de tricrésyle).
Géométries et structures particulières
[117] On présente maintenant quelques exemples de géométrie de réalisation du dispositif d’absorption selon l’invention.
[118] Ainsi, selon un premier exemple, comme la couche de gel est très souple, et afin de lui permettre de conserver sa forme générale en fonction de la gravité et des accélérations auxquelles elle est soumise, le dispositif d’absorption peut comprendre un squelette rigide, c'est-à-dire qui présente une rigidité supérieure à la couche de gel, et autour duquel la couche de gel est construite. Par exemple, le squelette est noyé dans la couche de gel. Ce squelette permet au dispositif une tenue dans le temps de la forme générale de la couche de gel malgré la gravité et les accélérations auxquelles elle est soumise. Le squelette aura une surface et sera composé d’un matériau permettant une bonne adhérence du mélange siliconé. Le squelette peut aussi avoir pour but supplémentaire d’économiser le mélange siliconé ou de minimiser son effet par endroits de par l’épaisseur et la forme du squelette. Ce squelette peut aussi permettre la fixation du dispositif sur la surface où il doit être installé. Dans ce cas, le dispositif absorbant est maintenu sur la surface à traiter directement par maintien de son squelette.
[119] Le dispositif selon l’invention peut se décliner sous de nombreuses formes et nombreuses compositions, ou combinaison de formes et compositions. Pour chacun des trois modes de propagation décrits plus haut, l’emplacement, la géométrie, la composition, le squelette, les dimensions du dispositif absorbant peuvent être optimisés afin d’obtenir le résultat attendu. Le dispositif selon l’invention peut aussi être recouvert de matériaux absorbants classiques ou de produit tel que du film souple car le dispositif peut être collant de par sa composition. Avantageusement, il peut être recouvert de poudre fine qui adhérera grâce à la surface collante du mélange siliconé. La poudre peut être de nature minérale et/ou organique et/ou peut comprendre des microbilles et/ou des micro corps creux, en matière élastomère et/ou, thermodurcissable et/ou thermoplastique. La dimension des particules de poudre, ainsi que leur masse volumique sera adaptée en fonction des caractéristiques de surface recherchées. [120] La figure 6 est une illustration d’un mode de réalisation d’un dispositif d’absorption selon l’invention. La pièce de l’exemple a été recouverte de poudre micro-ballon. Elle aurait pu aussi être recouverte de poudre type « talc », ou autre poudre minérale, organique, composé, microbilles, micro corps creux, élastomères, thermodurcissable, thermoplastique ou toute combinaison de ces matières. La dimension des particules, ainsi que leur masse volumique sera adaptée en fonction des caractéristiques de surface recherchées. Sur l’illustration figure 7, la pièce en mélange siliconé est recouverte de laine synthétique. [121] Sur la figure 8, il est représenté un exemple de moule H1 et son socle H2 permettant de couler le mélange siliconé à l’intérieur du moule H1 afin d’obtenir un exemple de forme du dispositif absorbant facile à réaliser. Un moule peut être composé de plusieurs formes, plus ou moins complexes, de manière à ne couler qu’en une fois.
[122] Le mélange siliconé peut être aussi déposé à la manière d’une imprimante 3D, ou imprimante 3D au moyen d’UV par exemple ou tout autre catalyseur.
[123] Un exemple de squelette simple illustré sur la figure 9 peut être intégré à la pièce coulée lors de son durcissement. Ce squelette est composé d’une plaque 11 pour le maintien ultérieur sur son support à isoler. Cette plaque peut être fixée par tous les moyens existants. Cette plaque est attenante à une tige I2 sur laquelle sont attenantes des surfaces I3. La tige I2 et les surfaces I3 sont conçues afin de permettre une bonne adhérence du mélange siliconé et le maintien dans sa forme globale, sans nuire à sa souplesse. Le squelette peut comprendre une base d’accroche pour favoriser le maintien de la couche de gel sur le squelette. Par exemple, les surfaces I3 et la tige I2 peuvent comporter un état de surface I4 particulier, tels que des trous, des aspérités, une rugosité selon les besoins, ou un primaire d’accroche peut être appliquée sur les surfaces et la tige. Le primaire d’accroche peut être de type tetrabutanolate de titane. Le squelette peut être composé de plusieurs mini-squelettes pour les dispositifs absorbants au relief général particulier et complexe. La plaque 11 peut soutenir plusieurs formes de plusieurs matières et plusieurs sous-squelettes différents. Une infinité de possibilités est envisageable.
[124] Le dispositif absorbant peut être constitué de plusieurs pièces moulées. Des pièces moulées en une ou plusieurs fois, avec des caractéristiques variables au sein de chaque pièce et d’une pièce à l’autre.
[125] Comme présenté sur la figure 3, le dispositif absorbant peut être maintenu en position dans le milieu pour lequel il est nécessaire d’absorber les ondes passant vers lui ainsi que de renvoyer dans différentes directions et différents retards les ondes qu’il n’aura pas pu absorber. Il a pour fonction d’absorber les ondes dans un milieu à traiter.
[126] Si l’on souhaite conserver un volume d’air plus ou moins important entre le mélange siliconé et la surface à traiter, il est possible de coller au préalable du film à bulles souples figure 13 sur la surface à traiter. Le film à bulles souple peut être à simple paroi, dans ce cas le mélange siliconé coulé aura une partie séparée par les bulles d’air et une partie non séparée et proche e la surface à traiter. Le film à bulles peut aussi être à double paroi. Si les extrémités du film à bulles sont colmatées, le mélange siliconé ne se propagera pas entre les parois ni dans les bulles, un espace d’air sera donc réalisée entre le mélange siliconé coulé et la surface à traiter sur l’ensemble de la surface.
Exemples de méthodes de fabrication
[127] On présente maintenant des exemples de méthodes de fabrication du dispositif d’absorption de l’invention.
[128] Le dispositif peut être destiné à être enfermé ou placé à un endroit protégé, ou à être recouvert par de la mousse, laine, film souple, la résistance de surface et l’aspect collant du mélange siliconé n’est pas un point gênant. Un film souple adhère naturellement sur le mélange siliconé.
[129] Le dispositif peut être réalisé de différentes manières.
[130] Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 10, le dispositif peut être composé de plusieurs plots absorbeurs J1 avec ou sans squelette, différents ou non, reliés entre eux J2 afin de ne pas se déplacer lorsqu’ils sont dans le mélange siliconé liquide pendant la vulcanisation. En particulier , le dispositif peut comporter un cadre de maintien et de positionnement J3 lors de son collage sur la pièce à traiter. Le corps du dispositif absorbant peut être étudié de manière à couler au fond du mélange siliconé liquide lors de la prise, ou au contraire flotter lors de la prise. Il peut aussi être maintenu à une certaine position lors de la prise par un moyen extérieur.
[131] Le dispositif absorbant peut être fabriqué sur mesure pour une utilisation sur un matériel spécifique. Il peut aussi au contraire être fabriqué selon un relief et des caractéristiques lui permettant une utilisation générale, à la manière des plaques isolantes d’insonorisation de locaux, ou à la manière des plaques d’absorption en mousse acoustique alvéolaire. L’emballage du dispositif isolant prendra en considération le caractère collant du dispositif d’absorption. Un film plastique type alimentaire compatible permet de couler, de démouler, puis d’être ôté après collage si nécessaire. Une partie du film peut aussi être laissée et ne nuit pas aux caractéristiques générales si elle est assez souple et extensible.
[132] Il est aussi possible de découper les formes désirées dans un bloc de matière déjà réalisé.
[133] En variante, le gel est disposé à la manière d'une imprimante 3D Ultraviolets, avant ou après assemblage du boîtier. L'avantage est de pouvoir varier les reliefs et aussi les caractéristiques du gel, et d’y incorporer des cavités de formes spécifiques aux emplacements désirés.
[134] Bien que la porosité ne soit pas requise dans le dispositif d’absorption, elle peut être utile sous certaines conditions.
Création de cavités dénommées ci-après « pièges »
[135] Notamment, des cavités formant des pièges sonores peuvent être formées dans le gel souple. Ces cavités peuvent être des canaux communiquant avec l’environnement extérieur au moins d’un côté. On crée ainsi une porosité de la couche de gel. Cette porosité est de préférence comprise entre 5% et 80% en volume.
[136] De préférence, ces canaux présentent une surface au niveau d’une section débouchant sur le milieu extérieur qui est supérieure ou égale à 0,25 cm2, et présentent une longueur d’au moins 0,5 cm. Elles ont pour rôle d’augmenter la surface du dispositif absorbant avec l’air et de limiter la quantité de gel nécessaire pour une absorption identique. Leur forme est idéalement non cylindrique de manière à créer des sortes de chicanes. Chaque variation de section au sein d’une cavité permet de créer des phénomènes de compression et dépression de l’air. L’efficacité du gel est mieux répartie sur une plage de fréquence car l’air ne circulera pas à la même vitesse et aux mêmes pressions selon les zones de la cavité.
[137] La figure 11a illustre une vue de dessus de canaux, ou « pièges ». La figure 11b illustre une vue de côté par transparence d’un bloc absorbant en mélange siliconé une fois le moule à piège enlevé. Les « pièges » ont été colorés à la poudre afin de faire ressortir leurs contours. La poudre peut aussi être utilisée pour des raisons techniques, comme définies dans cette description. [138] A cet effet, par exemple, il faut utiliser un contre-moule, comme sur la figure 12. On place le contre-moule à pièges, préalablement enduit d’un produit démoulant si possible, directement dans le mélange siliconé coulé, avant sa vulcanisation. Puis on retire le contre-moule à pièges une fois la vulcanisation terminée. La forme du contre-moule à pièges se retrouve en impression négative dans le mélange siliconé. Ce contre-moule permet le moulage de canaux « pièges sonores» dans le mélange siliconé, qu’il soit préalablement réalisée en vue d’un collage, ou directement coulé sur la pièce à traiter.
[139] Pour un retrait plus facile, il est préférable de réaliser plusieurs moules à « pièges » de dimensions inférieures, que l’on retirera un par un. Les cylindres aux coins des moules à « pièges » servent de cale de profondeur. Leur nombre et les emplacements peuvent varier, il est aussi possible de ne pas en utiliser si la plaque supérieure du moule à « pièges » est maintenue par une autre manière.
Création de pores :
[140] Afin de créer un milieu non homogène dans l’épaisseur de la couche de gel souple, il peut être prévu de former des bulles de gaz, par exemple des bulles d’air. Dans les cas suivants, la viscosité du mélange siliconé déterminera la quantité de mélange siliconé restant dans le produit, car il ne remplira pas les cavités en dessous de certaines dimensions. La répartition du mélange siliconé dans le produit final peut être contrôlée.
[141] La présence des pores permet notamment de diminuer la dureté globale du dispositif. La porosité est là encore comprise de préférence entre 5% et 80% en volume.
[142] Les bulles peuvent éventuellement communiquer entre elles au sein de la couche de gel souple, formant des canaux. Ces canaux peuvent eux-mêmes déboucher ou non sur l’extérieur de la couche de gel.
[143] Afin d’obtenir ces pores, on peut fixer sur un support à traiter de la mousse à pores avec une proportion choisie de pores fermées, ouvertes, communicantes ou non, de tailles et formes variées. Puis le mélange siliconé est coulé sur la mousse. Le mélange siliconé imprégnera la partie la plus basse de la mousse, par gravité. Le milieu sera non homogène. La mousse peut être idéalement en silicone de dureté faible ou à parois très fines afin de ne pas jouer de rôle rigidification. [144] Selon une autre méthode, on peut préparer le mélange siliconé au préalable, puis on imbibe la mousse avec le mélange siliconé et on laisse égoutter tout ou partiellement.
[145] En variante encore, il est possible de commencer comme dans les deux exemples précédents, puis faire « tourner » l’ensemble pendant la vulcanisation. Le mélange siliconé se retrouve réparti dans tout le volume de la mousse.
[146] Afin de maîtriser la proportion de pores ouverts ou fermés, il est possible de partir d’une mousse comprenant des pores fermés. Les ouvrir en compressant la mousse puis en la décompressant. Ou alors tout simplement percer la mousse en de nombreux points et l’imbiber ensuite.
[147] Une autre technique consiste à aspirer le mélange siliconé avec la mousse. En comprimant au préalable la mousse, ou simplement par capillarité.
[148] Une dernière technique consiste à comprimer la mousse, qui est donc précontrainte, et le mélange siliconé pendant la vulcanisation. Puis, une fois la vulcanisation terminée, à relâcher et placer en dépression afin d’ouvrir certains canaux obstrués.
[149] En adaptant la viscosité du mélange siliconé avant vulcanisation, il se répartira en passant dans des pores de la mousse qui présentent une section déterminée.
[150] On peut réduire le diamètre de ces cavités, par exemple en écrasant la mousse créée puis en la laissant aspirer le gel produit préalablement par un phénomène d’aspiration.
Collage du dispositif, si le dispositif comporte des parties préalablement préparées, avec ou sans squelette
[151] Pour un maintien optimal, il est possible de coller les parties déjà préparées à base de mélange siliconé avec de la colle acetoxy ou silicone par exemple, puis de couler du mélange siliconé pour parfaire le collage et réaliser une surface traitée plane entre les parties déjà préparées à base de mélange siliconé. Les parties déjà préparées à base de mélange siliconé peuvent être reliées entre elles et être entourées d’un cadre de maintien et positionnement utile lors du collage sur la pièce à traiter ou du coulage de la partie plane, comme illustré en figure 10. [152] La solution qui semble la plus avantageuse de part sa rapidité, sa robustesse, son homogénéité et son absence d’odeur est de procéder à un premier collage très localisé par un silicone à prise par séchage type acétoxy ou résine époxy , puis un deuxième collage général par silicone à prise par vulcanisation coulé. Le 2ème collage procurera une grande surface de collage, certes moins forte du fait que le silicone adhère mal sur un autre silicone, mais englobant les bases des parties préalablement préparées.
[153] La surface de la pièce où sera coulé le mélange siliconé servant de colle peut être inclinée lors du coulage afin d’obtenir des épaisseurs différentes de la partie plane du mélange siliconé, comme on peut en voir le résultat figure 5 .
Exemple d’utilisation du dispositif dans des enceintes acoustiques :
[154] Le dispositif d’absorption trouve une application particulière dans un système d’absorption des vibrations dans une enceinte acoustique. [155] On entend par enceinte acoustique tout système rigide et clos au moins en grande partie, dit « boîtier » comportant un ou plusieurs transducteurs acoustiques. L'ensemble formé par le boîtier rigide et les absorbants acoustiques est dit « caisson ».
[156] Les absorbants acoustiques actuels sont principalement sous forme de mousse. C'est un absorbant léger qui absorbe les ondes de moyenne et haute fréquence. L'air passant à travers, il ne filtre pas les ondes de grande longueur d’onde vers le caisson de l'enceinte. Ces ondes sont ainsi transmises au boîtier, et donc vers l'extérieur et aussi l'intérieur du caisson du fait justement de la vibration du boîtier. Ces dernières ondes ainsi que les ondes réfléchies à l'intérieur du caisson retournent vers l'extérieur à travers le transducteur.
[157] Le dispositif d’absorption permet de limiter les trois modes de propagation des ondes vues précédemment. Les harmoniques sont négligeables.
[158] Ainsi, le système acoustique comprend une enceinte et un dispositif d’absorption selon l’invention. Par exemple, les parois intérieures du boîtier et/ou des éléments internes au boîtier sont recouverts du gel souple décrit précédemment. [159] Du fait de sa souplesse et de la masse supplémentaire qu'il procure, le dispositif d’absorption ajouté limite la propagation des ondes vers le boîtier et donc vers l'extérieur, et aussi le retour de ces ondes dans l'enceinte.
[160] La figure 14 illustre une réalisation possible du dispositif. Il est composé des éléments suivants :
M2 est la partie rigide de l'enceinte acoustique : le boîtier.
M1 est le gel absorbant.
M3 est une plaque de renfort permettant d'augmenter la surface de gel d'absorption. La réalisation d'une enceinte acoustique comprenant le dispositif d’absorption comporte d'autres avantages, notamment :
- Le poids supplémentaire de l'enceinte est flatteur pour qui l'installe ou la manipule.
- L'utilisation d'un boîtier solide plus épais a pour conséquence des résonances toujours présentes, mais à des fréquences plus hautes, donc toujours indésirables. L'enceinte acoustique dotée de ce gel supplémentaire ne modifie pas la rigidité du boîtier et permet l’utilisation d’un boîtier plus fin.
- Ce poids supplémentaire contribue à la stabilité de l'enceinte. Une enceinte plus lourde dissipe davantage d’énergie et de manière plus constante au support sur lequel elle est posée
- L'étanchéité de l'enceinte est assurée dans le long terme car un bornier de raccordement électrique peut ne plus être étanche au bout d’une ou plusieurs années. Les borniers en plastique se déforment et ne compriment plus correctement le joint d’étanchéité entre le bornier le boiter de l’enceinte au bout d’une ou plusieurs années.
- L'enceinte peut comporter les traitements acoustiques classiques supplémentaires. Ces traitements acoustiques habituels peuvent être fixés au gel directement par incorporation en surface lors de la prise du produit. Ils peuvent aussi être fixés au mélange siliconé.
[161] La réalisation du traitement d’une enceinte acoustique est facilitée car il est possible de coller les squelettes à la résine époxy ou à la colle acétoxy ou résine époxy par exemple, puis de couler le mélange siliconé dans les zones désirées. [162] Il est possible de faire en sorte que chaque paire de plans opposés n'est pas parallèle et a des masses, volumes, et autres caractéristiques différentes afin de ne pas absorber et renvoyer les mêmes ondes. La figure 5 représente un exemple de 2 faces opposées. Le gel D1 n'est pas disposé en volume égal selon la face sur laquelle il est disposé, il n'est pas non plus de la même dureté sur les 2 faces. On dispose ensuite un isolant acoustique classique D2 en surface de ce gel. Les dimensions D3 et D4 ne sont pas identiques de manière à ne pas absorber ni réverbérer de fréquences communes.
[163] La réalisation d'une telle enceinte nécessite divers équipements et matériaux particuliers. Ainsi, il est possible de proposer à la vente des kits pour modifier les enceintes déjà produites. Ces kits incluent le gel à couler, un squelette, par exemple des grilles d'adhérence à fixer sur les parois internes de l'enceinte pour le maintien du gel, et/ou un primaire d’accroche, et/ou de la colle et/ou des isolants phoniques en matériaux classiques. Des éléments de filtrage avec cosses peuvent aussi être fournis afin de maintenir l'équilibre général de l'enceinte du fait des modifications des caractéristiques du boîtier. Ceux-ci s'ajoutant à ceux existants, ou les remplaçant, selon le kit proposé.
[164] Comme on le voit sur les figures 6 et 7, à l’arrière de l’aimant du haut parleur, ou à tout autre endroit à l’intérieur de l’enceinte acoustique, on dispose un cône de mélange siliconé avec ou sans squelette. Dans l’exemple, le squelette est un cône en bois aggloméré. Le bois aggloméré est poreux donc le mélange siliconé adhère correctement par infiltration et continuité de la matière. L’ensemble est recouvert de laine acoustique. Le squelette est collé au dos d’un haut parleur. Le dispositif est donc vers le centre du volume de l’enceinte.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’absorption de vibrations, notamment d’ondes sonores, les fréquences des vibrations à absorber étant comprises dans une plage déterminée, le dispositif comprenant au moins une couche d’un gel souple solide, le gel étant déformable élastiquement sous l’effet des vibrations à absorber, le dispositif d’absorption ayant ses fréquences de résonance en dehors de la plage déterminée des fréquences des vibrations à absorber, le gel comprenant un mélange siliconé et présentant une dureté inférieure à 99 de l’échelle shore 00, un module de Young inférieur à 10 MPa en statique et un module de Coulomb inférieur à 4 MPa.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le gel comprend au moins un des composants supplémentaires suivants : du silicone, de l’huile de silicone, un composé du silicone, du butyle, de l’uréthane, du polyuréthane, du nitrile, du chlorophène, de l’éthylène, du polyéthylène, un composé fluoré, Isoprène ou caoutchouc butyle.
3. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un ou plusieurs éléments absorbeur de vibrations complémentaire choisi parmi au moins un des éléments suivants : mousse solide, laine, feutre, plaque bitumée, un élément en caoutchouc, un film plastique souple, de matière minérale, animale, synthétique, végétale, produit ou sous-produit animal ou végétal.
4. Dispositif selon l’une quelconques des revendications précédentes, comprenant au moins un squelette rigide servant de support à la couche de gel, le squelette étant non déformable sous l’effet des vibrations, des accélérations et de la gravité auquel est soumis le dispositif.
5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel le squelette comprend une base d’accroche pour la couche de gel.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche de gel comprend des cavités de gaz formant des pièges sonores, de manière à obtenir une porosité globale comprise entre 5 % et 80 %.
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dont une surface de la couche de gel est recouverte d’un revêtement extérieur non-collant
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plage de fréquences d’absorption est comprise entre 200Hz et 1 KHz.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la plage de fréquences d’absorption est comprise entre 5Hz et 8kHz.
10. Système d’absorption comprenant au moins un support et au moins un dispositif d’absorption selon l’une ou plusieurs des revendications précédentes, dans lequel le dispositif est en contact avec le support.
11. Système selon la revendication 10, dans lequel le support est au moins une paroi intérieure du boîtier d’une enceinte acoustique.
12. Système selon la revendication 10, dans lequel le support est une paroi d’une machine émettrice de vibrations.
13. Système selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel l’épaisseur de la couche de gel varie en fonction de sa localisation sur le support.
14. Système selon la revendication 10, comprenant un volume clos délimité par au moins une surface d’au moins une paroi, et dans lequel le support et le dispositif d’absorption sont à distance de ladite surface.
15. Procédé de fabrication d’un dispositif d’absorption de vibrations selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant : La détermination d’une plage de fréquences à absorber ;
La mise au point d’au moins une couche de gel souple dont les fréquences de résonance sont au moins en partie en dehors de la plage de fréquences à absorber.
PCT/EP2021/062232 2020-05-08 2021-05-07 Dispositif d'absorption d'ondes sonores et vibratoires à l'émission comme à la transmission sur base de mélange contenant du silicone, application possible pour tout type de transducteur audio. WO2021224500A1 (fr)

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PCT/EP2021/062232 WO2021224500A1 (fr) 2020-05-08 2021-05-07 Dispositif d'absorption d'ondes sonores et vibratoires à l'émission comme à la transmission sur base de mélange contenant du silicone, application possible pour tout type de transducteur audio.

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