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a) TITRE DE L'INVENTION
Structures d'absorption de bruit et parois constituées de
ces structures.
b) TERRAIN TECHNIQUE DE L'INVENTION
L'invention concerne en général des structures
d'absorption de bruit et des parois formées au moyen de
ces structures et plus particulièrement de telles
structures légères et de faible encombrement, applicables
notamment dans l'industrie aéronautique pour l'équipement
de réacteurs, de leurs nacelles et de cabines d'avions,
dans l'industrie des transports, dans l'industrie du
bâtiment, etc....
c) MILIEU DE L'INVENTION
On a déjà proposé, dans la Demande de Brevet
français n' 94 00539 (publiée sous le n' 2 715 244) des
structures légères d'absorption de bruit qui comprennent
chacune un cadre de support sur lequel est fixée et
tendue une membrane étanche, et des plaques disposées
sous la membrane pour former avec elles un amortisseur
passif à laminage d'air. L'incidence d'ondes acoustiques
sur la membrane, du côté opposé auxdites plaques,
provoque une déformation vibratoire de la membrane qui se
traduit par un écoulement laminaire d'air entre la
membrane et les plaques et donc par une absorption
d'énergie. Lorsque l'impédance acoustique d'une telle
structure est correctement adaptée aux ondes acoustiques
incidentes, une grande partie de l'énergie de ces ondes
acoustiques est absorbée par la structure dans une bande
de fréquences relativement large.
La présente invention a pour but d'apporter
des perfectionnements importants à ces structures.
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Elle a pour objet des structures légères du
type précité et dont les impédances acoustiques sont
modifiables, réglables ou pilotables et susceptibles de
suivre les évolutions des sources de bruit à absorber.
Elle a également pour objet des structures
légères du type précité, comprenant des moyens de
modification, de réglage ou de pilotage de leurs
impédances acoustiques, qui sont eux-mêmes pilotables par
un système de traitement de l'information.
Elle a encore pour objet des parois légères et
de faible épaisseur, réalisées par juxtaposition et
assemblage de ces structures.
d) MEMOIRE DESCRIPTIF DE L'INVENTION
Elle propose, à cet effet, une structure
d'absorption de bruit comprenant un cadre de support sur
lequel est tendue et fixée une membrane étanche dont la
face extérieure au cadre reçoit des ondes acoustiques, un
gaz tel par exemple que de l'air remplissant un volume
délimité par le cadre et la membrane, et des moyens de
dissipation d'énergie logés dans ce volume, caractérisée
en ce que les moyens de dissipation sont du type à
laminage de gaz, du type électrostatique ou du type
électromagnétique et sont modifiables, réglables ou
pilotables pour modification ou adaptation de l'impédance
acoustique de ladite structure aux caractéristiques du
bruit à absorber.
Les structures selon l'invention, grâce au
fait que leurs impédances acoustiques sont modifiables ou
réglables, peuvent être conçues ou réglées pour absorber
le bruit incident ou pour le dévier par réflexion, par
exemple en fonction des positions qu'elles occupent dans
une paroi d'absorption de bruit ou de protection contre
le bruit.
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2a
Dans un premier mode de réalisation, les
moyens de dissipation d'énergie sont du type à laminage
de gaz et comprennent des plaques disposées à l'intérieur
du cadre, à faible distance de la membrane, et des moyens
de modification de cette distance.
Dans un autre mode de réalisation, les moyens
de dissipation à laminage de gaz comprennent au moins un
passage d'écoulement de gaz reliant une chambre fermée
délimitée à l'intérieur du cadre par la membrane à une
autre chambre située à l'intérieur de ladite structure.
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Par exemple, ce passage peut être un conduit
formé entre deux plaques superposées associées à des
moyens de modification ou de réglage de la distance entre
elles pour modification ou réglage de la section de
passage du conduit.
Selon un autre mode de réalisation, les moyens
de dissipation à laminage de gaz comprennent des tiges
portées par la membrane et s'étendant perpendiculairement
à celle-ci à l'intérieur du cadre dans des tubes fixes
qui sont fermés à leur extrémité opposée à la membrane et
qui délimitent avec les tiges des conduits annulaires de
laminage de gaz.
Selon encore un autre mode de réalisation de
l'invention, les moyens de dissipation d'énergie
comprennent des plaques électrodes disposées
parallèlement à la membrane à distance de celle-ci, et au
moins une autre électrode formée sur la membrane et
reliée avec lesdites plaques à des moyens de polarisation
tels qu'une source de courant continu associée à un
circuit électrique ou électronique comprenant des
éléments de dissipation d'énergie par effet Joule.
Par exemple, la membrane peut comporter une ou
plusieurs zones métallisées en regard des plaques
électrodes précitées, ou bien elle est réalisée en une
matière plastique chargée électriquement, auquel cas les
moyens de polarisation ne sont pas nécessaires.
Les éléments de dissipation d'énergie par
effet Joule comprennent par exemple une résistance
électrique, avantageusement réglable, la structure selon
l'invention comprenant alors des moyens commandés de
réglage de la valeur de cette résistance pour adaptation
de l'impédance acoustique.
Selon un autre mode de réalisation, les moyens
de dissipation d'énergie sont du type électromagnétique
et comprennent des conducteurs électriques déplacés par
la membrane par rapport à des éléments magnétiques portés
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par le cadre ou constitués par celui-ci, les conducteurs
électriques précités comprenant par exemple des bobinages
reliés à la membrane ou un ou plusieurs circuits
électriques imprimés ou déposés sur la membrane.
En variante, on peut utiliser une membrane
magnétique déplaçable par rapport à un circuit
électrique.
Selon encore une autre caractéristique de
l'invention, chaque structure précitée est fermée de
façon étanche et contient un élément volumique expansible
et contractile tel qu'un ballon ou un soufflet par
exemple, rempli d'air et communiquant avec l'extérieur
par un orifice d'égalisation de pression statique, cet
élément occupant une fraction notable du volume de ladite
structure.
Cette caractéristique permet de compenser les
influences des variations de la pression et de la
température extérieures sur la membrane de la structure
d'absorption de bruit.
Chaque structure du type précité est destinée
à être juxtaposée et assemblée à une pluralité de
structures du même type pour former une paroi plane ou
incurvée, convexe ou concave dans laquelle les structures
ont des impédances acoustiques semblables ou différentes
pour absorber le bruit ou le dévier par réflexion selon
les cas.
Dans une telle paroi, les moyens de
dissipation d'énergie d'au moins certaines des structures
sont associés à des moyens de commande, de réglage ou de
pilotage eux-mêmes pilotables par un système de
traitement de l'information.
On peut ainsi, notamment, adapter les
impédances acoustiques de certaines parties ou de toutes
les parties d'une paroi pour tenir compte d'une
modification ou d'une évolution dans le temps des
caractéristiques du bruit à absorber.
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e) DESCRIPTION DE LES DESSINS
Relativement aux dessins qui illustrent la réalisation
de l'invention:
- la figure 1 est une vue schématique en
perspective avec arrachement partiel d'une structure
d'absorption de bruit selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue schématique en coupe
selon la ligne II-II de la figure 1
- la figure 3 est une vue schématique
partielle en perspective d'une variante de réalisation ;
- les figures 4 à 13 représentent
schématiquement divers modes de réalisation des moyens de
dissipation d'énergie.
f) UN FACON DE LA REALISATION DE L'INVENTION
La structure d'absorption de bruit selon
l'invention, dont un premier mode de réalisation est
représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2, comprend
essentiellement une membrane 10 fine et étanche au gaz
qui est tendue et fixée sur la face supérieure d'un cadre
de support 12 dont la partie supérieure est formée avec
des cloisons perpendiculaires à la membrane et dont la
partie inférieure 16 comporte une paroi de fond 18
parallèle à la membrane.
La membrane 10 peut être réalisée notamment en
matière plastique, en élastomère, en métal ou en toute
matière permettant de réaliser une membrane, suffisamment
fine et souple pour être déformable par des ondes
acoustiques à absorber. Cette membrane étant fragile, des
moyens acoustiquement transparents (non représentés) sont
prévus pour la recouvrir et la protéger des agressions
mécaniques extérieures, ces moyens étant par exemple
constitués par une toile métallique associée à une couche
de laine de verre ou analogue.
Le cadre de support 12 est réalisé en toute
matière rigide appropriée, notamment en métal ou en
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matière plastique, en fonction des applications
auxquelles la structure selon l'invention est destinée.
La membrane 10 peut être fixée sur le cadre 12
par ses bords 20 rabattus sur la périphérie de la partie
supérieure du cadre 12. Un entourage 22 peut être
rapporté sur la périphérie du cadre 12 comme représenté
schématiquement en figure 1 pour assurer la liaison des
structures entre elles, par exemple grâce à des moyens 24
d'accrochage ou d'assemblage tels que des tenons et des
rainures en queue d'aronde.
Quand la structure selon l'invention forme une
enceinte étanche, on peut prévoir en partie inférieure du
cadre 12, comme représenté schématiquement en figure 2,
un élément 26 susceptible de se contracter et de
s'expanser en fonction des variations de la pression
statique et/ou de la température extérieures à la
structure d'absorption du bruit selon l'invention, cet
élément 26 pouvant être constitué par un ballon souple ou
un soufflet relié à l'extérieur par un passage ou orifice
28 d'égalisation de pression statique, traversant par
exemple la paroi de fond 18 du cadre 12.
Cet élément 26 occupe une partie relativement
importante du volume délimité par le cadre 12 et la
membrane 10, par exemple d'environ un tiers de ce volume.
Quand la pression ou la température augmente ou diminue à
l'extérieur de la structure, la pression ou la
température du gaz augmente ou diminue de façon
correspondante à l'intérieur de l'élément 26 et compense
au moins partiellement les variations de pression à
l'intérieur de la structure, ce qui permet de rendre la
membrane 10 à peu près insensible aux variations de
pression statique et de température extérieures.
De plus, lorsque la surface interne d'un
conduit de passage de fluide comprend des structures
selon l'invention ou est formée de telles structures, les
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éléments 26 permettent d'adapter chaque structure à
11 évolution de la pression statique dans le conduit.
La membrane 10 peut être fixée par collage sur
la partie périphérique supérieure du cadre 12, comme déjà
indiqué, ainsi que sur les bords supérieurs des cloisons
internes 14 du cadre 12.
En variante, et comme représenté
schématiquement en figure 3, les cloisons internes 14 du
cadre 12 peuvent être remplacées par des plots 30
perpendiculaires à la membrane et sur les extrémités
desquels la membrane peut être fixée par collage.
Les plots 30 peuvent être portés par une
plaque ajourée 32, par une grille, ou par tout autre
moyen approprié.
La structure d'absorption de bruit selon
l'invention comprend également des moyens de dissipation
d'énergie dont divers modes de réalisation sont
représentés à titre d'exemple aux figures 4 à 13.
En figure 4, les moyens de dissipation
d'énergie sont du type à laminage de gaz, (par exemple
d'air). Les cloisons internes 14 du cadre 12 délimitent
avec la membrane 10 des chambres 34 fermées par une paroi
de fond 36 et qui communiquent avec le volume inférieur
du cadre 12 par un conduit 38 de section relativement
faible et de longueur relativement importante par rapport
à sa section, permettant une dissipation d'énergie par
écoulement laminaire de gaz.
Dans la variante de réalisation de la figure
5, le conduit 38 est remplacé par un canal 40 formé en
creux dans la face supérieure de la paroi de fond 36 à
laquelle est associée une plaque de recouvrement 42 qui
constitue la paroi supérieure du canal 40. Un orifice 44
de la plaque 42 relie la chambre 34 au canal 40, tandis
qu'un orifice 46 de la paroi de fond 36 relie le canal 40
au volume inférieur du cadre 12.
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Comme on le voit mieux en figure 6, qui est
une vue de dessus des moyens de dissipation d'énergie de
la figure 5, le canal 40 peut être formé en spirale dans
la paroi de fond 36 de la chambre 34.
Sous l'effet de la pression des ondes
acoustiques incidentes, la membrane 10 se déforme et se
comporte comme un oscillateur très amorti dont la
fréquence centrale est une fonction de la tension de la
membrane, de sa masse volumique et de son épaisseur,
entre autres. La déformation de la membrane provoque un
écoulement laminaire de gaz dans les moyens de
dissipation d'énergie constitués par le conduit 38 ou le
canal 40.
L'impédance acoustique d'une structure selon
l'invention est parfaitement adaptée aux caractéristiques
du bruit incident lorsque celui-ci est totalement
absorbé, sans réflexion par la membrane.
L'invention prévoit des moyens permettant de
modifier, de régler ou de piloter cette impédance
acoustique.
Par exemple, dans le cas où les moyens de
dissipation d'énergie comprennent un canal 40 du type
représenté aux figures 5 et 6, la modification ou le
réglage de l'impédance acoustique peut être obtenu par
variation de la section transversale du canal 40. Pour
cela, comme représenté schématiquement en figure 7, on
peut former, sur la face de la plaque 42 qui est tournée
du côté de la paroi de fond 36, des nervures en saillie
48 engagées avec un jeu faible dans le canal 40 de la
plaque 36, et on prévoit des moyens 50 de modification de
la distance entre la plaque 42 et la paroi de fond 36,
ces moyens 50 étant par exemple du type à mémoire de
forme ou du type piézoélectrique, commandés par un
circuit électrique approprié.
La modification de la distance entre la plaque
42 et la paroi 36 modifie la section transversale du
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canal 40 et donc les conditions d'écoulement laminaire du
gaz dans ce canal, ce qui modifie en conséquence
l'impédance acoustique de la structure selon l'invention.
Lorsque les moyens de dissipation d'énergie
sont du type représenté en figure 4, on peut modifier
l'impédance acoustique de la structure en agissant sur le
volume de la partie inférieure du cadre 12 (volume sous
la paroi 36) par exemple en utilisant un élément
gonflable analogue à l'élément 26 de la figure 2, que
l'on relie à des moyens de réglage de pression.
Dans la variante de réalisation de la figure
8, la membrane 10 porte des tiges 52 qui s'étendent à
l'intérieur du cadre de support, perpendiculairement à la
membrane, et qui sont engagées dans des tubes 54 portés
par une paroi intermédiaire 36 du cadre de support, de
telle sorte que le déplacement des tiges 52 dans les
tubes 54 provoqué par les déformations de la membrane 10
se traduise par un écoulement laminaire de gaz dans les
tubes 54 et par une dissipation d'énergie correspondante.
Dans la variante de réalisation de la figure
9, les moyens de dissipation d'énergie sont également du
type à laminage de gaz et comprennent des plaques
horizontales 56 disposées parallèlement à la membrane 10
et à faible distance de celle-ci à l'intérieur du cadre
de support, ces plaques 56 étant portées par des moyens
58 permettant de modifier la distance çl entre la membrane
10 et les plaques 56. Par exemple, ces moyens 58 sont
portés par la paroi intermédiaire 36 et comprennent des
éléments à mémoire de forme commandés par un circuit
électrique approprié 60.
La modification de la distance d entre une
plaque 56 et la membrane 10 entraîne une modification de
l'impédance acoustique de la structure selon l'invention.
Dans le mode de réalisation de la figure 10,
les moyens de dissipation d'énergie comprennent des
plaques électrodes 62 disposées à l'intérieur du cadre de
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support, parallèlement à la membrane 10 et à faible
distance de celle-ci, et par exemple portées par la paroi
intermédiaire 36 du cadre support par l'intermédiaire
d'éléments diélectriques 64. La membrane 10 comporte des
5 électrodes associées aux plaques 62, telles par exemple
que des zones métallisées 66 de sa surface, ces zones 66
et les plaques 62 étant reliées aux pôles d'une source 68
de courant continu par l'intermédiaire d'un élément de
dissipation d'énergie tel qu'une résistance électrique 70
10 qui est avantageusement une résistance variable commandée
par un moyen approprié 72, la résistance 70 absorbant
l'énergie par effet Joule et la variation de sa valeur
permettant de modifier l'impédance acoustique de la
structure selon l'invention.
De préférence, des trous 74 sont percés dans
les plaques électrodes 62 pour éviter tout effet de
laminage de gaz entre elles et la membrane 10.
L'attraction électrostatique exercée par les
plaques 62 sur la membrane joue le rôle d'une anti-
raideur dynamique qui s'oppose à la raideur du gaz
contenu dans la structure. Cela permet de réduire
l'épaisseur (ou hauteur) totale de la structure et donc
son encombrement.
En variante, la membrane 10 et/ou les plaques
électrodes 62 pourraient être constituées d'un electret,
tel par exemple qu'une matière plastique du type
polyuréthanne ou PVDF chargée électriquement en
permanence, les moyens de polarisation des électrodes
étant alors supprimés.
Dans le mode de réalisation de la figure 11,
les moyens de dissipation d'énergie sont du type
électromagnétique. La membrane 10 est reliée, à
l'intérieur du cadre, à des bobinages électriques 76
mobiles par rapport à des éléments magnétiques 78
constituant par exemple la paroi intermédiaire 34 du
cadre de support. Pour éviter tout effet de laminage de
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gaz, les parties 78 en saillie vers la membrane peuvent
être percées de trous traversants 80.
Dans la variante de réalisation de la figure
12, des éléments magnétiques 82 (par exemple des aimants
permanents) sont disposés sous la membrane 10 et des
conducteurs électriques 84 sont portés par cette
dernière, en étant constitués par exemple par un ou des
circuits électriques imprimés ou déposés sur la membrane.
Le déplacement de ces conducteurs électriques 84 dans les
lignes de champ magnétique des éléments 80 se traduit par
une dissipation d'énergie.
Dans la variante de réalisation de la figure
13, c'est une partie du cadre support 12 qui peut être
réalisée en matière magnétique et constituer un aimant
permanent dont les lignes de champ peuvent être coupées
par les conducteurs électriques 84 de la membrane 10 pour
un effet de dissipation d'énergie.
Dans une autre variante, on utilise une
membrane magnétique qui se déplace par rapport à un
circuit électrique pour dissiper de l'énergie.
Les structures élémentaires d'absorption de
bruit qui viennent d'être décrites peuvent être
assemblées les unes aux autres pour former des parois
planes, incurvées, concaves ou convexes, de grande
dimension. Par exemple, les structures élémentaires des
figures 4, 5, 8 et 9 peuvent avoir des dimensions, en
surface, de l'ordre de 5 x 5 cm2 et être associées pour
former une structure du type de celle représentée en
figure 1 ayant une surface de l'ordre de 20 x 20 cm2, les
hauteurs de ces structures étant en général comprises
entre 15 et 50 mm. Les impédances acoustiques des
structures élémentaires peuvent être réglées
individuellement ou par petits groupes de structures. Le
réglage des impédances acoustiques permet d'avoir une
impédance bien adaptée pour certaines zones de surface
d'une paroi avec une absorption maximale du bruit
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incident, tandis que d'autres zones de surface de la
paroi auront des impédances différentes pour absorber
partiellement le bruit incident et le réfléchir
partiellement dans une direction déterminée.
Par ailleurs, la possibilité de réglage de
l'impédance acoustique de chaque structure élémentaire
permet d'obtenir une évolution spatiale des
caractéristiques acoustiques d'une paroi. On peut
également obtenir une paroi à impédance acoustique non
localisée lorsque les parties inférieures des structures
élémentaires sont reliées entre elles, l'impédance
acoustique des moyens de liaison étant un paramètre de
réglage des bandes de fréquences acoustiques à traiter.
De plus, comme déjà indiqué, les structures selon
l'invention telles que celles de la figure 2, s'adaptent
automatiquement aux variations de la pression statique
extérieure et par exemple à l'évolution de la pression
statique dans un conduit.
