Acoustique - Booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^®

La combinaison de paramètres géométriques e.g. épaisseur et écartement du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux - ce à quoi il est fait référence dans cet article en tant que "macro-géométrie" - est prépondérante pour le dimensionnement de silencieux dissipatifs (i.e. comportant un garnissage absorbant les sons), impactant tout à la fois:

• l'encombrement du dispositif d'atténuation du bruit considéré (devant tenir compte du contexte d'installation)
• le coût de fabrication (lié au volume du garnissage absorbant les sons, aux dimensions de ses ossatures, aux surfaces des parois de l'enveloppe du silencieux)
• la performance aéraulique (aérodynamique) qui dépend aussi de la géométrie en amont et en aval des éléments du garnissage absorbant les sons et bien sûr des conditions de service (densité et vitesse de passage du fluide)
• la performance acoustique

Ce dernier aspect (qui n'est pas le moindre lorsqu'il s'agit de booster la performance de silencieux dans une perspective d'avantage concurrentiel) est fonction d'un grand nombre d'autres facteurs que la macro-géométrie (listés dans une autre page de ce site^[0]), dont le niveau de prise en compte est - en pratique - assez variable selon le contexte, en considérant:

• l'importance (réelle ou supposée) de la performance acoustique par rapport aux 3 autres aspects précités (avec la possible prééminence - quelles qu'en soient les raisons - des dimensions, du prix, de la perte de pression totale - ou de 2 ou 3 de ces aspects -, le niveau de criticité de la maîtrise des niveaux de bruit, et les enjeux en cas de dépassement des niveaux sonores admissibles pour l'installation concernée)
• les connaissances de la ressource humaine intervenant dans la sélection/mise point du dispositif d'insonorisation concerné (plus ou moins spécialisés, plus ou moins expérimentés, plus ou moins ouverts à des approches alternatives: ingénieurs ou techniciens de bureau d'études, architectes, personnels affectés à la Recherche et au Développement - R & D -)
• le temps alloué pour accomplir les tâches liées au dimensionnement d'un silencieux
• les moyens disponibles pour les calculs/la sélection d'un équipement d'insonorisation répondant - autant qu'il est souhaitable - aux exigences devant être prises en compte pour chaque projet

Le Module 1 du logiciel SILDIS^® est dédié à la prévision de la performance acoustique et aéraulique (aérodynamique) de silencieux (avec une section rectangulaire i.e. avec des baffles ou circulaire avec ou sans séparateur central) pour des applications aussi bien dans le secteur de la construction (e.g. installlations de Chauffage Ventilation Climatisation - CVC -) que dans l'industrie, ou encore pour la protection de l'environnement (ventilation de locaux techniques et d'encoffrements, admission d'air et refoulements/échappements de moteurs, de turbomachines et de procédés divers).

Figure 1 silencieux de section rectangulaire (de face) et silencieux de section circulaire (de côté) dans un réseau aéraulique d'une installation de Chauffage Ventilation Climatisation (CVC)

Il se distingue d'outils (eux aussi appelés logiciels) ordinairement mis à disposition par des fabricants  pour permettre la sélection d'un dispositif d'atténuation du bruit parmi une gamme de produits dont les performances ont été intégrées à une base de données fixe, construite à partir d'un nombre limité de mesures (pour un fluide qui n'est autre que de l'air, aux conditions de température et de pression d'un laboratoire, avec un écoulement à faible vitesse) et de nombreuses interpolations et extrapolations (lorsqu'il s'agit de répondre à des besoins variés en termes de macro-géométries).

De tels progiciels affichent pour une macro-géométrie donnée d'un silencieux la perte d'insertion résultant de la restitution (avec éventuellement des ajustements) d'une valeur connue à l'avance et stockée ; mais ni la nature du garnissage absorbant ni les conditions thermodynamiques du fluide transporté et encore moins sa vitesse et son sens de circulation par rapport à celui de la propagation sonore ne sont des variables pour une telle détermination (le maintien sur le temps long des caractéristiques supposées pour des matériaux à base de fibre minérale pour lesquels des évolutions réglementaires en matière de risques sanitaires ont imposé aux fabricants des augmentations significatives du diamètre des fibres - lorsqu'il se comptent en microns - pose question vis-à-vis de la pérennité de l'atténuation créditée, à un moment donné, à certains silencieux).

Le logiciel SILDIS^®[1] (pour lequel des informations se rapportant à son arrière-plan scientifique et à ses fonctionnalités peuvent être trouvées dans d'autres pages de ce site^{[2][3][4][5][6]} est d'une nature différente, étant - fondamentalement - basé sur la résolution des équations de propagation du son d'une part dans les voies d'air du silencieux, et d'autre part dans son garnissage pour permettre l'évaluation de la perte par propagation Da.L (dB) pour un silencieux de longueur L (m) quelconque.

En tenant compte d'un plan de symétrie médian, un demi-baffle d'un silencieux à section rectangulaire (ou bien le demi-séparateur central d'un silencieux à section circulaire, voire son revêtement absorbant les sons périphérique) peut être pris en compte - avec le logiciel SILDIS^® - sous la forme d’un empilage de sous-ensembles (chacun avec un medium poreux^[7], possiblement recouvert d’une part d’un surfaçage^[8] et d’autre part d’une protection perforée^[9]) en quantité variable (de 1 à 4) selon le montage considéré (cf. fig. 2)

Figure 2 Structure acoustique multicouche (i.e. combinaison de matériaux) considérée pour la prévision des performances acoustiques des silencieux avec le Module 1 du logiciel SILDIS® - C, G, K, O : milieu poreux[7] - D, H, L, P : surfaçage[8] - E, I, M, Q : protection perforée[9]

Le schéma fonctionnel de calcul pour la prévision de la performance acoustique de silencieux avec le Module 1 du logiciel SILDIS^® est tel qu'illustré par la figure 3 dans le cas d'un matériau absorbant de garnissage à réaction locale (c'est-à-dire en supposant qu'il n'y a pas de transmission sonore à l'intérieur de l'absorbeur selon la direction de l'écoulement, soit en raison d'une résistivité suffisamment élevée, soit du fait de la mise en place de cloisonnements transversaux) ; ce n'est pas la seule condition de propagation envisageable pour les calculs, la prise en compte d'un absorbeur homogène ou anisotrope étant également possible avec le logiciel SILDIS^®.

En plus de l'ensemble épaisseur et écartement des éléments du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux (i.e. la macro-géométrie du silencieux telle que définie plus haut, sans limitation dimensionnelle particulière), la nature du garnissage absorbant les sons, les conditions thermodynamiques du fluide transporté, sa vitesse et son sens de circulation par rapport à celui de la propagation sonore sont bel et bien prises en compte pour les calculs avec le logiciel SILDIS^®, en tant que de besoin.

Des termes correctifs sont introduits pour la perte par réflexion Dr (dB), et pour une correction de by-pass Dc (dB), notamment pour permettre la comparaison des résultats de simulations de la perte d'insertion d'un silencieux dissipatif Di' = Da.L + Dc + Dr (dB) obtenus avec le logiciel avec la mesure normalisée (avec ses imperfections, quel que soit le laboratoire) e.g. selon la norme ISO 7235 Acoustique - Modes opératoires de mesure en laboratoire pour silencieux en conduit et unités terminales - Perte d'insertion, bruit d'écoulement et perte de pression totale:

• qui est basée sur des ondes théoriquement (quid de la pratique ?) planes (il y a à peu près consensus pour considérer que cela correspond au mode le moins atténué)
• qui est tributaire de l'indice d'affaiblissement acoustique des parois des conduits, pas nécessairement toujours transposable à tous les cas pratiques (ce n'est pas la même chose de disposer d'une enveloppe maçonnée de forte épaisseur comme on en rencontre par exemple dans les gaines d'entrée et de sortie d'air de locaux techniques e.g. locaux pour groupes électrogènes ou bien de conduits métalliques construits avec une simple tôle mince comme dans des réseaux de climatisation ordinaires, et il ne peut pas être attendu d'une performance acoustique indifférenciée selon ces contextes - pour une même combinaison épaisseur de baffles, écartement et longueur, a fortiori si supérieure à 1 m - qu'elle soit évaluée précisément)
• qui, au delà de la fréquence de coupure du conduit, dépend des dimensions transversales du réseau aéraulique (car elles-mêmes jouent un rôle dans la performance acoustique), et de la composition modale de la source de bruit, parfaitement inconnue en pratique

C'est pourquoi la problématique de la perte d'insertion de silencieux devrait toujours être considérée avec humilité, et c'est pourquoi il ne faut pas attendre de la confrontation entre prévisions et mesures plus que ce que l'on peut raisonnablement anticiper, quand on connait l'arrière-plan scientifique et technique des calculs de dimensionnement requis.

Dans un tel contexte, la perte par propagation Da.L (dB) et des grandeurs associées exprimées par unité de longueur (dB/m) i.e. Da pour une longueur de 1 m, voire Da pour une longueur correspondant à la largeur des voies d'air ou encore Da pour une longueur correspondant à la longueur d'onde pour la fréquence considérée, sont les indicateurs de performance (pour lesquels la conversion de l'un à l'autre est facile) dont la détermination souffre le moins d'incertitudes, et qui permettent des comparaisons faisant objectivement sens entre différentes configurations de silencieux, aux fins d'optimisation de la performance acoustique.

Pour cela, le recours au logiciel SILDIS^® est d'une grande utilité, et permet de booster la performance de silencieux de différentes manières.

Comment booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^® en optimisant le garnissage, pour une combinaison de paramètres géométriques e.g. épaisseur et écartement du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux (macro-géométrie) fixe

Un moyen de booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^®, pour une combinaison de paramètres géométriques e.g. épaisseur et écartement du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux (macro-géométrie) fixe, consiste à optimiser le garnissage i.e. à choisir à dessein les caractéristiques de la structure acoustique multicouche absorbant les sons pour accroître la réduction du bruit associée à la mise en oeuvre d'un tel équipement d'insonorisation.

Pour une macro-géométrie (telle que définie plus haut) donnée, l'atténuation du bruit (en termes de perte par propagation, avec les déclinaisons mentionnées plus haut quant aux indicateurs de performance exprimés en dB/m) dépend, à une fréquence donnée, de la nature du garnissage, c'est à dire tout à la fois de l'épaisseur et des caractéristiques des différentes couches de la structure acoustique illustrée par la figure 2.

Dans ce contexte, le logiciel SILDIS^® permet la mise au point de silencieux en jouant sur différentes composantes de la performance acoustique:

• le milieu poreux (e.g. polyester, laine de roche, laine de basalt, laine de verre, mousse) chacun possiblement pris en compte avec un modèle spécifique selon ses propriétés[7], au premier rang desquelles la résistivité i.e. la résistance au passage de l'air par unité d'épaisseur (en Nsm-4 = Pa.s/m2)
  • comme illustré par la figure 4, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), la perte par propagation varie selon la résistivité du milieu poreux ; dans l'exemple considéré: de 10 dB/m à 40 dB/m voire plus - ce qui est considérable - pour certaines fréquences comprises entre 100 H et 1000 Hz

Figure 4 Perte par propagation d’un silencieux - influence de la résistivité du garnissage absorbant les sons (e.g. lorsque variant de 8 kNsm-4 à 72 kNsm-4)

• comme illustré par la figure 5, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), la perte par propagation varie ; dans l'exemple considéré: de 10 dB/m à 30 dB/m voire plus - ce qui est considérable - pour certaines fréquences comprises entre 100 Hz et 1000 Hz, selon qu'il est pris en compte un garnissage insonorisant à un seul composant i.e. avec un seul milieu poreux (e.g. avec résistivité 12kNsm-4 ou 72 kNsm-4) ou bi-composant i.e. avec une couche externe et une couche interne constituées de matériaux poreux de résistivité différentes

Figure 5 Perte par propagation d’un silencieux - comparaison entre le garnissage insonorisant à un seul composant (e.g. avec résistivité 12kNsm-4 ou 72 kNsm-4) et bi-composant

• comme illustré par la figure 6, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), la perte par propagation varie ; dans l'exemple considéré: de 80 dB/m à 100 dB/m voire plus - ce qui n'est pas toujours négligeable - pour certaines fréquences voisines de 1 kHz, selon qu'il est pris en compte un garnissage insonorisant à réaction locale (pas de propagation sonore dans la direction x parallèle au flux gazeux), homogène alias isotrope (mêmes caractéristiques - au premier rang desquelles la résistivité - dans la direction x parallèle au flux gazeux et dans la direction y i.e. σx/σy =1) ou anisotrope (caractéristiques différentes - au premier rang desquelles la résistivité - dans la direction x parallèle au flux gazeux et dans la direction y i.e. σx/σy variable) 

Figure 6 Atténuation longitudinale d’un silencieux - influence de l’anisotropie du garnissage absorbant les sons (e.g. garnissage à réaction locale, garnissage isotropique, garnissage anisotropique)

• le surfaçage (e.g. voile de verre, tissu, plaque non perforée) i.e. la couche superficielle, en contact avec le fluide, chacun possiblement pris en compte avec un modèle spécifique selon ses propriétés[8] (éventuellement, dans certains cas: en tant que milieu poreux[7]), au premier rang desquelles la résistance au passage de l'air (en Nsm-3 = Pa.s/m) pour les voiles et les tissus et la masse surfacique (en kg/m2) pour les membranes imperméables
  
  • comme illustré par la figure 7, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), la perte par propagation varie selon la présence ou non d'un surfaçage ; dans l'exemple considéré: de 10 dB à 60 dB voire plus - ce qui est considérable - pour certaines fréquences comprises entre 1 kHz et 10 kHz selon les caractéristiques du surfaçage

Figure 7 Perte par propagation d’un silencieux - influence d’un surfaçage (avec ou sans)

• une protection perforée (e.g. tôle perforée à trous circulaires et maille carrée ou hexagonale, ou bien à trous carrés, et aussi: plaque avec des fentes) est prise en compte pris en compte avec un modèle spécifique selon ses propriétés[9] (éventuellement, dans certains cas: en tant que milieu poreux[7])
  • comme illustré par la figure 8, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), la perte par propagation varie selon la présence ou non d'une protection perforée ; dans l'exemple considéré: de 25 dB/m à 30 dB/m - ce qui est peu, mais pourrait être bien plus considérable dans le cas d'une porosité nettement inférieure à 30 % - pour certaines fréquences situées au-delà de 1 kHz

Figure 8 Perte par propagation d’un silencieux - influence d’une protection perforée (avec ou sans)

Il est délicat de rendre compte de tous les effets se rapportant à un garnissage unique de silencieux pouvant être utilement pris en compte, d'autant qu'ils se combinent, d'une manière parfois inattendue sinon contre-intuitive, et que les variations de performance ne sont pas toujours proportionnelles aux variations des paramètres d'entrée. Il résulte néanmoins retenir de ce qui précède ce qui suit:

• que, pour une même macro-géométrie (telle que définie plus haut), les courbes d'atténuation en fréquence de silencieux fournies par différents fabricants ne soient pas superposables, s'ils utilisent des garnissages différents, n'est pas surprenant; qu'elles soient en réalité valables (pour un fabricant donné), indépendamment de la vitesse et du sens de circulation de l'air (pour ne parler que des applications de CVC - Chauffage Vnetilation Climatisation -) quelle que soit l'option de surfaçage considérée (indifféremment: voile de verre - dont l'épaisseur se compte en microns, dont la masse surfacique est négligeable et dont la résistance au passage de l'air est faible - ou tissu - dont l'épaisseur est proche du millimètre, dont la masse surfacique se compte en centaines de grammes par mètre carré, et dont la résistance au passage de l'air est plusieurs fois celle de l'impédance caractéristique de l'air), avec ou sans protection perforée (quand une seule série de valeurs est fournie pou tous ces scénarios pourtant si différents en termes de propagation des ondes sonores) ne peut résulter (au mieux) que d'une simplification dont la compatibilité avec la précision requise pour de nombreuses prévisions de performances pose question
• que dans le contexte d'un projet avec des objectifs acoustiques par bande de fréquence précis, l'utilisation du logiciel SILDIS^® constitue la meilleure approche dans la perspective d'obtenir des résultats de simulation précis n'est pas douteux:
  • une sélection minutieuse des différents sous-ensemble du garnissage (milieux poreux, surfaçages, protection perforées) basée sur des mesurages en laboratoire des caractéristiques techniques étant nécessaire, leur nombre et leurs interactions devant faire l'objet d'une vigilance particulière
  • la condition de propagation des ondes sonores (avec une réaction locale de l'absorbeur - pouvant être obtenue en pratique par la construction de cloisonnements transverses - ou non) devant être prise en compte

On voit par là que le logiciel SILDIS^® est un outil très utile pour effectuer des calculs de silencieux robustes, en dépassant le cadre (forcément limité) des hypothèses - plus ou moins explicites - sous-tendant les performances ordinairement associées (sur le papier) à toutes sortes de dispositifs d'atténuation du bruit, faut-il le rappeler pour ce qui concerne SILDIS^® ? en prenant en compte (et cela a son importance):

• la macro-géométrie exacte du silencieux (épaisseurs du revêtement aborbant les sons e.g. baffles/séparateurs et des voies d'air, longueur)
• la nature du fluide transporté et ses conditions thermodynamiques qui sont parfois très différentes de celles de l'air sec à température et pression ambiantes d'un laboratoire e.g. pour des applications avec de l'air humide, de la vapeur d'eau ou d'autres fluides industriels liés à des procédés de combustion qui sont bien différents de l'air sec à 20 degrés C et 1 bar, étant possiblement des gaz complexes, à haute température et ou haute pression -
• la vitesse et le sens de circulation (égal ou opposé à celui de la propagation des ondes sonores) du fluide

Un autre aspect de la situation résultant des fonctionnalités du logiciel SILDIS^® est que, comme détaillé dans un autre article de ce site[4] une protection perforée (en général: avec une géométrie fixée une bonne fois pour toutes par de nombreux fabricants de silencieux e.g. pour des applications industrielles, et dont l'influence est - au mieux - supposée neutre par eux, si son taux de perforation est élevé) peut, si ses caractéristiques sont judicieusement choisies, constituer un bon moyen d'optimiser la performance acoustique d'un silencieux à certaines fréquences, en utilisant le principe de fonctionnement de résonateurs à plaques avec perforations circulaires, carrées ou à fentes ou non perforées (comme illustré par la figure 9). Le logiciel SILDIS^® est dans les circonstances une aide précieuse pour le dimensionnent de tels dispositifs.

Figure 9 Perte par transmission d’un silencieux à résonateur avec un taux de passage de 50 %, une longueur de 1.2 m constitué de séparateurs (baffles) d’une épaisseur de 0.12 m de mousse de résistivité 10.5 kNsm-4, de porosité 0.95 avec ou sans plaque perforée à fentes de largeur 0.01 m (taux de perforation 10 %). A la fréquence de 250 Hz, la perte par transmission atteint 16.0 dB (i.e. 12.8 dB/m) avec la protection perforée, contre 10.3 dB (i.e. 8.2 dB/m) sans la protection perforée, ce qui permet (si la performance à 250 Hz est ce à quoi l'on s'attache), de réduire de plus d'un tiers la longueur du silencieux.

Et ce n'est pas tout. Comme détaillé dans un autre article de ce site^[5] les panneaux à perforations millimétriques ou sub-millimétriques de la couche superficielle du garnissage dissipatif (i.e. absorbant les sons) de silencieux peuvent permettre l'obtention de performances distinctives e.g. avec la prise en compte d'un flux rasant ou de forts niveaux sonores:

• comme illustré par la figure 10, une plaque micro-perforée peut constituer - à elle seule - le garnissage de silencieux dissipatifs, avec une efficacité variable selon le niveau d'excitation sonore

Figure 10 illustration de la non linéarité de la réponse d’une plaque micro-perforée à une excitation sonore: décroissance initiale du niveau de pression acoustique (dB/m) pour un silencieux dissipatif constitué de voies d'air de 0.1 m et de plaques microperforées, avec un rapport du diamètre des perforations circulaires à l'épaisseur de la plaque de 1, une porosité de 2 %, une profondeur de cavité de 0.01 m, source sonore sinusoïdale à balayage avec un niveau de 85 dB ou 135 dB (tenant compte des réflexions sur le revêtement absorbant les sons) ; perte par propagation par unité de longueur valide à l'entrée du silencieux, la fréquence de résonnance du revêtement absorbant les sons (dans la bande de 1/1 octave centrée sur 2kHz) étant considérée

Ce qui précède était basé sur un garnissage unique i.e. une même structure acoustique multicouche (au sens de la figure 2) pour tous les revêtements absorbant les sons (baffles de silencieux rectangulaire, liner périphérique et séparateur central de silencieux cylindriques), impliquant dans le cas d'un silencieux rectangulaire un arrangement de baffles symétrique, comme illustré par la figure 11 (montage R); cela correspond à l'immense majorité des fabrications de silencieux, toutes applications confondues.

Figure 11 Silencieux avec arrangement de baffles symétrique

Mais ce n'est pas la seule manière d'envisager de booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^®, pour une combinaison de paramètres géométriques e.g. épaisseur et écartement du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux (macro-géométrie) fixe. En effet, comme détaillé dans un autre article de ce site[6] un garnissage asymétrique (alterné), illustré par les montages RA'' et RA''' des figures 12 et 13 - il s'agit de coupes longitudinales schématiques (ne tenant pas compte de possibles variations de la forme des extrémités des baffles en entrée et en sortie des silencieux) - peut permettre de maximiser l'atténuation d'un silencieux dans une bande de fréquence d'intérêt.

Figure 12 Silencieux avec arrangement de baffles asymétrique, avec variation de constitution (épaisseur et écartement des baffles constants)

Figure 13 Silencieux avec arrangement de baffles asymétrique, avec variation de constitution (épaisseur et écartement des baffles constants)

Cela est illustré par les figures 14 (avec une présentation en bande fine) et 15 (avec une présentation en bande de 1/1 octave). La perte par propagation peut être significativement augmentée (dans le cas présent de 5 dB à 15 dB) pour le montage RA''/RA''' dans les bandes de fréquence de 1/1 octave centrées sur 125 Hz et/ou 250 Hz par l'usage d'un revêtement absorbant les sons différent pour la moitié des surfaces en contact avec le fluide (dans le cas présent: par l'adjonction d'une membrane, dans d'autres cas possiblement en faisant varier la nature de la laine constituant le coeur des baffles), tout en étant maintenue presque au niveau de celle du montage R (garnissage absorbant les sons unique) pour les fréquences inférieures; la diminution de performance du montage RA''/RA''' par rapport au montage R peut n'affecter que les fréquences supérieures à 500 Hz pour lesquelles la performance acoustique (à tout le moins dans la zone fréquentielle correspondant à la performance la plus élevée) reste élevée.

Figure 14 Perte par propagation comparée de silencieux à baffles avec garnissage unique ou alterné: influence de la constitution

Figure 15 Perte par propagation comparée (par bande d’octave) de silencieux à baffles avec garnissage unique ou alterné: influence de la constitution

Comment booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^® sans modifier le taux de passage libre pour le fluide, ni la longueur du silencieux

Un moyen de booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^®, sans modifier le taux de passage libre pour le fluide, ni la longueur du silencieux, consiste à envisager une asymétrie basée sur l'épaisseur de la structure acoustique multicouche absorbant les sons (impliquant, dans le cas d'un silencieux de section rectangulaire, la non unicité de l'épaisseur des baffles comme illustré par le montage RA' de la figure 16).

Figure 16 Silencieux avec arrangement de baffles asymétrique, avec variation d’épaisseur

Pour un écartement (2h) constant, la conservation du taux de passage n'implique qu'une épaisseur moyenne des baffles pour le montage RA' égale à celle (unique) des baffles du montage R.

L'équivalence de la perte de pression totale pour les 2 montages ne découle cependant pas de l'égalité des taux de passage du fluide  (dépendant du rapport de chaque épaisseur de baffle à la voie d'air unique 2h et de la géométrie de l'extrémité amont et aval des séparateurs); l'utilisation de séparateurs avec une épaisseur moindre s'accompagne d'une diminution de la perte de pression totale, cette meilleure performance aérodynamique constituant un des intérêts majeurs du recours au montage asymétrique RA'.

Quant à la performance acoustique, elle n'est souvent en rien rédhibitoire vis-à-vis du recours à un arrangement de baffles asymétrique du fait de la variation d'épaisseur.

Les figures 17 (présentation en bande fine) et 18 (présentation par bande de 1/1 octave) illustrent la perte par propagation simulée avec le logiciel SILDIS^® (pour une longueur de 1 m, et pour une même largeur des voies d'air 2h):

• l'un selon le montage R de la figure 10 i.e. avec un garnissage absorbant les sons unique
• l'autre selon le montage RA' de la figure 14 i.e. avec un garnissage absorbant les sons alterné avec variation de l'épaisseur des baffles (pour moitié avec une épaisseur 2d et pour moitié avec une épaisseur 2d.x avec x<1)

Figure 17 Performance acoustique comparée de silencieux à baffles avec garnissage unique ou alterné: influence de l’épaisseur

Figure 18 Performance acoustique comparée (par bande d’octave) de silencieux à baffles avec garnissage unique ou alterné: influence de l’épaisseur

Il en ressort - pour l'exemple considéré - que l'écart en termes de perte par propagation pour le montage RA' (garnissage absorbant les sons alterné avec variation de l'épaisseur), lorsqu'il est défavorable (ce qui n'est pas le cas à toutes les fréquences), n'excède pas 1.1 dB sur l'ensemble du spectre fréquentiel (i.e. pour les bandes de 1/1 octave de fréquence centrale 31 Hz à 16 kHz) alors que les calculs montrent pour ces configurations une diminution de la perte de pression totale (perte de charge) de 18 % à l'avantage du montage RA' (avec une diminution simultanée de la section frontale du silencieux de 9 %) à l'avantage du montage RA'.

Bien sûr, des combinaisons différentes de certaines données d'entrée peuvent induire des variations de performance comparée différentes pour les montages R (garnissage absorbant les sons symétrique) et RA' (garnissage absorbant les sons asymétrique i.e. alterné avec variation de l'épaisseur) mais la tendance est toujours la même. C'est vis-à-vis des aspects autres que la performance acoustique (qui elle est à peu près maintenue) que la compétitivité d'un silencieux peut être accrue avec un arrangement de baffles asymétrique, avec variation d’épaisseur:

• dimensions/encombrement: ils sont réduits, au moins pour la section frontale du silencieux
• coût de fabrication: il est réduit, au moins pour ce qui a à voir avec la quantité de matière pour le garnissage absorbant les sons de la moitié des baffles d'un silencieux rectangulaire, et pour son enveloppe (sur deux côtés)
• performance aéraulique (aérodynamique): elle est améliorée, puisque la perte de charge (i.e. la perte de pression totale) est réduite (significativement)

Au global, pour ce qui concerne les moyens de booster la performance de silencieux avec le logiciel SILDIS^®

Le Module 1 du logiciel SILDIS^®, pour la prévision de la performance acoustique et aéraulique (aérodynamique) de silencieux, permet la prise en compte de toutes les données d'entrée relatives au dimensionnement d'atténuateurs de bruit dissipatifs (i.e. comportant un garnissage absorbant les sons), qu'ils soient avec une section rectangulaire i.e. avec des baffles ou circulaire i.e. cylindriques (avec ou sans séparateur central), bien au-delà de sa macro-géométrie (épaisseur et écartement du revêtement absorbant les sons, longueur du silencieux):

• propriétés et dimensions de tous les éléments de la structure acoustique multicouche du garnissage absorbant les sons, combinant milieux poreux, surfaçages et protections perforées
• conditions de service (nature, conditions thermodynamiques et liées au débit d'un fluide quelconque) même lorsque très différentes de celles d'un laboratoire d'aéraulique climatisé

Les données de sortie du logiciel couvrent tous les besoins en termes d'indicateurs acoustiques se rapportant à un silencieux (calculés pour des fréquences de 1/21 octave de 20 Hz - et même moins - à 20 kHz - et même plus - ou exprimés par bande 1/3 d'octave ou d'octave et en niveau global avec la pondération A quand cela fait sens), au premier rang desquels la perte par propagation Da.L (dB), proportionnelle à la longueur L du silencieux, limitée par les trajets de contournement des ondes sonores e.g. longitudinalement, au niveau des parois de l'enveloppe du silencieux - ce dont il peut être rendu compte par un terme correctif Dc (dB) - et complétée par la perte par réflexion Dr (dB) liée au changement de section en amont et en aval des séparateurs (baffles). Ces grandeurs sont fournies séparément (comme illustré par les figures 19, 20, 21) et sous la forme d'un cumul, pour ce qui concerne la perte d'insertion sans prise en compte du bruit propre (bruit d'écoulement) Di' = Da.L + Dc + Dr (dB) cf. figures 22 et 23 (un tableau de valeurs numériques est également disponible pour Da.L, Dc, Dr considérées séparément).

Figure 19 Perte par propagation d’un silencieux à baffles en fonction de la fréquence

Figure 20 Correction de contournement d’un silencieux à baffles en fonction de la fréquence

Figure 21 Perte par réflexion d’un silencieux à baffles en fonction de la fréquence

Figure 22 Perte d’insertion d’un silencieux à baffles sans bruit propre i.e. sans bruit d’écoulement en fonction de la fréquence (courbe)

Figure 23 Perte d’insertion d’un silencieux à baffles sans bruit propre i.e. sans bruit d’écoulement en fonction de la fréquence (tableau)

La perte d’insertion sans bruit propre (i.e. sans bruit du à l'écoulement du fluide) D'i (dB) considérée précédemment peut être soustraite du niveau de puissance acoustique sans silencieux Lw0 (dB ref. 1pW), et le résultat de cette opération Lw1' (dB) peut être combiné - au moyen d'une "sommation logarithmique" - avec le niveau de bruit propre du silencieux i.e. le niveau de puissance acoustique émis par l'écoulement du fluide entre les baffles (séparateurs) Lw (dB ref. 1pW) pour obtenir le niveau de puissance acoustique avec silencieux Lw1 (dB ref. 1pW) ; la perte d'insertion "dynamique" i.e. la perte d'insertion tenant compte du bruit d'écoulement est alors Di = Lw1 - Lw0 (dB) (cf. figures 24 et 25).

Figure 24 Perte d’insertion statique et dynamique d'un silencieux à baffles

Figure 25 Réduction du niveau de puissance acoustique d'un silencieux à baffles

La perte d'insertion d'un silencieux à baffles tenant compte du bruit d'écoulement Di (dB) telle qu'évoquée précédemment (calculée avec le logiciel SILDIS^®) est comparable aux résultats de mesurages selon la norme NF EN ISO 7235 Acoustique - Modes opératoires de mesure en laboratoire pour silencieux en conduit et unités terminales - Perte d'insertion, bruit d'écoulement et perte de pression totale (pour ce qui concerne la performance aérodynamique, la perte de pression totale est calculée par le logiciel).

Il est à noter que tous ces résultats de simulation sont obtenus au moyen d'un outil:

• dont le développement a été commencé par la ressource humaine de ITS en 1990
• qui a fait l'objet, au fil du temps, d'un plan d'amélioration continue quant à ses formulations et ses algorithmes et de validations basées notamment sur la comparaison entre résultats de simulations et mesurages (en laboratoire et in-situ)
• qui se présente désormais sous la forme d'un programme au format Excel, convivial tout en étant fiable et polyvalent (incluant des bibliothèques de propriétés de matériaux issues de mesurages en laboratoires certifiés)
• dont les conditions d'édition sont périodiquement vérifiées conformes aux exigences de la norme ISO 9001^[10]

Ainsi, le logiciel SILDIS^® dispose de toutes les fonctionnalités appropriées à l'évaluation multifactorielle de la performance de silencieux, sans limitation connue de la combinaison de paramètres ou d'effets. Il peut donc être particulièrement utile dans différents contextes:

• dimensionnement (dans le contexte de missions d'ingénierie en acoustique par des cabinets plus ou moins spécialisés) d'atténuateurs de bruit pour des projets dans le secteur du bâtiment ou pour des applications industrielles
• mise au point de dispositifs de limitation des émissions sonores par des structures en lien avec la fabrication de matériels d'insonorisation

Les possibilités offertes pour jouer sur toutes les composantes de l'efficacité d'un dispositif de réduction du bruit d'un réseau aéraulique ou de fluide sous pression sont un facteur majeur pour la finesse des modélisations e.g. en termes d'acoustique et d'aérodynamique, ce qui conditionne la sélection ou la mise au point et l'amélioration de produits d'insonorisation avec des avantages concurrentiels (possiblement combinés): l'encombrement, le coût de fabrication, la performance aéraulique (aérodynamique), la performance acoustique:

• l'ordre d'apparition de chaque composante dans l'énumération ci-dessus ne reflétant pas nécessairement les enjeux dans tous les contextes
• qu'une seule de ces composantes de la performance d'un silencieux fasse défaut, et la commercialisation de l'équipement incriminé posera problème (si ce n'est son acceptation, à supposer qu'il soit installé en dépit de sa faiblesse)

Pour une épaisseur et une largeur des voies d'air (i.e. l'écartement du revêtement absorbant les sons) donnés, l'optimisation avec le logiciel SILDIS^® de la structure acoustique constituant le garnissage dissipatif d'un silencieux tant en qualité qu'en quantité e.g. sélection de milieux poreux, de surfaçages et protections avec les caractéristiques et les épaisseurs les plus appropriées (ce vis-à-vis de quoi la puissance de la routine COALA  - COmputation of Acoustic LAyers - du logiciel SILDIS^® est déterminante pour une prise en compte raffinée des propriétés de chaque couche et de ses interactions avec les couches voisines), permet de maximiser l'atténuation sonore i.e. la performance acoustique, et lorsque cela induit la possibilité d'un silencieux de longueur inférieure, autorise la diminution tout à la fois de l'encombrement, du coût de fabrication et de la perte de charge - ce qui illustre une amélioration de la performance aéraulique (aérodynamique) - ; toutes les composantes de la performance du silencieux sont ainsi favorablement impactées.

En modulant la répartition de la quantité des matériaux absorbant les sons entre les surfaces en regard, de part et d'autre des voies d'air (i.e. en faisant varier l'épaisseur des séparateurs d'un silencieux), il est possible de déterminer avec le logiciel SILDIS^® une perte de pression totale minimisée - ce qui illustre une amélioration de la performance aéraulique (aérodynamique) - assortie d'une réduction tout à la fois de l'encombrement et du coût de fabrication, alors que la variation de la performance acoustique peut être maintenue suffisamment faible pour être acceptable ; 3 des 4 composantes de la performance du silencieux sont ainsi favorablement impactées, avec un quasi statu quo pour la quatrième.

Il est donc loisible de considérer que le logiciel SILDIS^® est le nec plus ultra pour booster la performance de silencieux, dans des contextes aussi variés que la conception et la construction de dispositifs d'atténuation du bruit non seulement pour des réseaux aérauliques d'installations de Chauffage Ventilation Climatisation - CVC -, mais aussi pour d'autres installations techniques de plus grand format (systèmes de ventilation d'encoffrements d'équipements bruyants, salles des machines, locaux pour moteurs et groupes électrogènes, admissions d'air de compresseurs et de turbines à combustion, entrées d'air et refoulement de tours de refroidissement, gaines d'échappement et cheminées pour gaz brûlés).

En plus, le Module 1B du logiciel SILDIS^® permet la prévision de la performances acoustique et aéraulique (aérodynamique) de silencieux réactifs i.e. dont la performance est basée sur des changements de section et de direction du flux gazeux, complétant ainsi la panoplie des dispositifs d'atténuation du bruit pour lesquels perte d'insertion (ou réduction de puissance acoustique) et perte de charge peuvent être simulées et optimisées dans tous les contextes.

Qu'on se le dise !

Conception Assistée par Ordinateur (CAO) : logiciel de calcul SILDIS^® pour l’acoustique et l’aéraulique dans le secteur de la construction (au format Excel) end faq

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^[0] cf. Quelles sont les données d’entrée utiles pour le dimensionnement d’un silencieux?

^[1] Sound Impact Limitation Design for Industrial Solutions Conception Assistée par Ordinateur (CAO) : logiciel de calcul SILDIS^® pour l’acoustique et l’aéraulique dans le secteur de la construction (au format Excel)

^[2] Modélisation de silencieux dissipatifs - raffinement du calcul de la performance acoustique - logiciel SILDIS^®

^[3] cf. SILDIS^® - Module 1 - Acoustique & aéraulique (aérodynamique) avec un logiciel de prévision de performance d'un silencieux

^[4] Conception et dimensionnement de résonateurs à plaques avec perforations circulaires, carrées ou à fentes (pour silencieux et revêtements absorbants) avec le logiciel SILDIS^®

^[5] Calculs de dimensionnement acoustique de panneaux à perforations millimétriques ou sub-millimétriques pour l’insonorisation

^[6] Conception et calculs de silencieux à baffles à haute performance

^[7] caractéristiques prises en compte avec le lgiciel SILDIS^®: résistivité, porosité, tortuosité, longueur caractéristique thermique, longueur caractéristique visqueuse, masse volumique, épaisseur

^[8] caractéristiques prises en compte avec le lgiciel SILDIS^®: résistance au passage de l’air, masse surfacique, épaisseur

^[9] caractéristiques prises en compte avec le lgiciel SILDIS^®: porosité, géométrie des perforations, masse surfacique, épaisseur

^[10] cf. Management de la Qualité