Study of acoustic comportment of cavitary materials

Les expériences permettent de confirmer l'hypothèse selon laquelle il existe une régulation réactive avec auto-ajustement de la réponse de la cavité à une excitation acoustique externe. Cette étude conduit à la conclusion que NIDA peut être modélisé avec des résonateurs de Helmholtz et met en évidence l'influence de la forme des cavités et de leurs interactions sur l'atténuation acoustique.

ACOUSTIQUE DES CAVIT ACOUSTIQUE DES CAVIT

GENERALITES ET BIBLI GENERALITES ET BIBLI

• 1-1 FREQUENCES DE RESONANCE D’UNE CAVITE
• 1-2 RESONATEUR DE TYPE HELMHOLTZ
• 1-3 RESONATEUR DE TYPE QUART D’ONDE
• 1-4 RESUME DES FORMULES EMPLOYEES

Selon les ouvrages et les auteurs, il existe différentes valeurs de correction du collier. L'impédance acoustique, le rapport entre la pression p et la vitesse de l'onde sonore v, est notée.

NIDA) (NIDA) (NIDA)

2-1 GENERALITES SUR LES MATERIAUX SANDWICH NIDA

Le perçage de la peau, situé du côté où l'onde sonore arrive, confère aux matériaux perforés NIDA des propriétés d'absorption acoustique. La vitesse de perforation (open surface ratio ou OAR) est le rapport de la surface des trous à la surface totale par laquelle il est défini.

2-2 BIBLIOGRAPHIE SUR LE COMPORTEMENT DES NIDA

Ce principe nécessite d'apporter de l'énergie, à travers le haut-parleur, pour « s'opposer » au champ acoustique de la source. L'objectif de la mise en œuvre du contrôle actif est de produire un contre-bruit ; peut être considérée comme une optimisation en temps réel de l’impédance du mur.

CONDUIT CONDUIT CONDUIT

• 3-1 RAPPELS SUR LA PROPAGATION D’UNE ONDES DANS UN CONDUIT
• 3-2 RAPPELS DES PRINCIPES GENERAUX DE DISSIPATION D’ENERGIE ACOUSTIQUE DANS LES CONDUITS
• 3-3 OPTIMISATION DE L’ABSORPTION PAR UN RESEAU DE CAVITES
• 4-1 INFLUENCE DE LA FORME DES RESONATEURS DE HELMHOLTZ SUR LA FREQUENCE DE RESONANCE ET
• 4-2 ABSORPTION ACOUSTIQUE PAR LES NIDA PERFORES
• 5555---- CONCLUSION CONCLUSION CONCLUSION CONCLUSION

En d’autres termes, l’interaction entre le rapport longueur/largeur de l’ouverture et la profondeur de la cavité semble faible. La forme de la cavité, la position de l'ouverture et ses détails de forme jouent un rôle important.

ETUDE DU COMPORTEMEN ETUDE DU COMPORTEMEN

D’UNE PLAQUE NIDA SOD’UNE PLAQUE NIDA SO

D’UNE PLAQUE NIDA SOUMISE A UMISE A UMISE A UMISE A UN CHAMP ACOUSTIQUE

UN CHAMP ACOUSTIQUE UN CHAMP ACOUSTIQUE

• 1111---- CONCEPTION DU BANC A CONCEPTION DU BANC A CONCEPTION DU BANC A CONCEPTION DU BANC A INCIDENCE INCIDENCE INCIDENCE INCIDENCE
• 1-1 PRINCIPE
• 1-2 BANC D’ESSAIS
• 2222---- ETUDE EXPERIMENTALE ETUDE EXPERIMENTALE ETUDE EXPERIMENTALE ETUDE EXPERIMENTALE SUR DES SUR DES SUR DES SUR DES CAVITES

Afin de vérifier le pouvoir d'absorption d'une plaque NIDA exposée à une onde acoustique, une étude expérimentale a été réalisée pour caractériser l'atténuation obtenue pour différentes cavités de type Helmholtz ainsi que sur des plaques NIDA. La précision des résultats est assurée en effectuant une mesure comparative entre l'atténuation d'une surface forée conduisant à une cavité (ou plusieurs cavités : NIDA) et une surface non forée de même nature, placée dans les mêmes conditions. Nous évaluons donc l'effet de la cavité ou NIDA sur l'amortissement acoustique, toutes choses étant égales par ailleurs.

Le banc d'incidence est conçu pour mesurer la réponse d'une (ou plusieurs) cavité(s) excitée(s) par une onde sonore correspondant à un signal de type sinus, balayage de fréquence ou bruit blanc.

CAVITES CAVITES CAVITES

2-1 MESURES SUR UNE CAVITE

IIIIII

2-2 ETUDE DE L’INTERACTION ENTRE CAVITES

Pour étudier l'interaction entre différentes cavités, nous comparerons les résultats obtenus séquentiellement pour une cavité de Helmholtz simple, sept cavités connectées découplées, puis sept cavités connectées reliées latéralement par des trous de connexion. II Tests 2.1 Tests Tests Test sur un résonateur de Helmholtz simple sur un résonateur de Helmholtz simple sur un résonateur de Helmholtz simple sur un résonateur de Helmholtz simple. La figure 23 montre les sept cavités disposées en nid d'abeille, les cavités ne sont pas reliées entre elles.

Lorsque l'atténuation maximale est légèrement inférieure (environ 1 dB), la courbe d'atténuation s'est élargie, tandis que la fréquence de crête s'est décalée.

2-3 ATTENUATION D’UNE ONDE SONORE EN FONCTION DE SA FREQUENCE ET DU NOMBRE DE CAVITES

II Résultats obtenus et interprétation 3.2 Résultats obtenus et interprétation Résultats obtenus et interprétation Résultats obtenus et interprétation. Influence du nombre de cavités sur leur capacité d'absorption lors d'une excitation par un OPP acoustique pour une fréquence fixe (d = 0 cm). Dans le cas de cavités accordées sur la fréquence incidente, l'atténuation est importante et augmente avec le nombre de cavités (atteignant 7 dB à 3 cavités).

II ÉTUDE EXPÉRIMENTALE ÉTUDE EXPÉRIMENTALE ÉTUDE EXPÉRIMENTALE ÉTUDE EXPÉRIMENTALE SUR SUR SUR SUR SUR PLAQUE ÉTRANGÈRE Miel.

PLAQUES NIDS D’ABEIL PLAQUES NIDS D’ABEIL

3-1 CARACTERISTIQUES DES PLAQUES ETUDIEES

Les cavités peuvent donc contenir 1, 2, 3, jusqu'à 4 trous selon les plaques (cela dépend du diamètre et du pas), ainsi que des petits trous notés 0 (pour ceux situés entre deux cavités), avec une vitesse de plus ou moins important selon le n réel. Les planches 5, 6 et 7 ne contiennent qu'un trou entier par des vides et/ou des « moitiés » de trous.

3-2 MESURE DE L’ABSORPTION DES PLAQUES NIDA A L’AIDE DU BANC A INCIDENCE

Le tableau 4, ainsi que les figures 28 et la figure 29 présentent les résultats des mesures comparés aux valeurs théoriques des fréquences de Helmholtz. La partie col utilisée dans la formule de Helmholtz prend en compte le nombre moyen d'ouvertures par cavité, noté n, d'où la fréquence.

3-3 MESURE DU COEFFICIENT D’ABSORPTION DES PLAQUES NIDA A L’AIDE D’UN CAISSON REVERBERANT PLAQUES NIDA A L’AIDE D’UN CAISSON REVERBERANT

Le but de l'expérience est de déterminer l'absorption de plaques NIDA exposées à une excitation acoustique avec un autre moyen de mesure. La fréquence de modulation est de 90 Hz, elle est déterminée pour que la pression acoustique dans le caisson ne le soit pas. La précision de cet appareil de mesure n'est pas adaptée à ce que l'on souhaite observer.

Un banc d'essai spécifique est conçu pour étudier à la fois les cavités de Helmholtz et les plaques NIDA exposées à une onde acoustique, permettant ainsi de comparer les résultats obtenus.

CAVITES EXCITEES SIMCAVITES EXCITEES SIM

CAVITES EXCITEES SIMULTANEMENT ULTANEMENT ULTANEMENT ULTANEMENT PAR UN ECOULEMENT D’

PAR UN ECOULEMENT D’

ET PAR UNE SOURCE ACET PAR UNE SOURCE AC

COMPORTEMENT DE CAVI COMPORTEMENT DE CAVI

COMPORTEMENT DE CAVITES EXCITEES A TES EXCITEES A TES EXCITEES A TES EXCITEES A LA FOIS PAR UN ECOUL

LA FOIS PAR UN ECOUL LA FOIS PAR UN ECOUL

LA FOIS PAR UN ECOULEMENT D’AIR ET EMENT D’AIR ET EMENT D’AIR ET EMENT D’AIR ET PAR UNE ONDE ACOUSTI

PAR UNE ONDE ACOUSTI PAR UNE ONDE ACOUSTI

1-1 HYPOTHESE DE COMPORTEMENT : PRINCIPE DU CONTROLE REACTIF DE BRUIT

1-2 METHODOLOGIE EMPLOYEE

2-1 ETUDE DU PHENOMENE DE CALAGE PAR UNE CAVITE EXCITEE PAR UNE SOURCE INTERNE

L'observation directe du phénomène sur l'oscilloscope est claire : le signal A est extrait de la sortie du générateur de fréquence (sans haut-parleur connecté), le signal B est le signal du microphone placé au niveau du col de la cavité, qui est excité par le flux d’air. En synchronisant la capture du signal A, le signal B se déplace sur l'écran car les fréquences sont différentes. Dès la mise sous tension de l'enceinte, le signal B est verrouillé sur le signal A : la cavité s'est adaptée à la source externe par synchronisation de fréquence ; un brouillage existe effectivement entre les deux sources acoustiques (cf. figure 34).

En revanche, lorsque la fréquence du haut-parleur est proche de la résonance de la cavité, un phénomène surprenant se produit.

IIIIIIIII

Essai 1

• 2-2 ETUDE DE L’INTERACTION ENTRE 2 CAVITES
• 2-3 ETUDE DU COMPORTEMENT DE CAVITES EN SOUFFLERIE
• 2-4 CONCLUSION

La figure 40 montre l'atténuation en fonction de la fréquence du haut-parleur variant entre 585 et 610 Hz. Le niveau de la source doit donc être légèrement inférieur (1 à 2 dB) à celui de l'émission de la cavité pour optimiser « l'adoucissement ». La figure 43 présente le niveau sonore global en fonction de la fréquence du haut-parleur, le niveau du haut-parleur étant égal à celui de la cavité.

Pour cela nous étudierons l'influence du nombre de cavités et de la distance entre cavités, avec et sans source acoustique externe.

DIRECTIVITE DIRECTIVITE DIRECTIVITE

3-1 RESULTANTE DE L’EMISSION D’UN RESEAU DE SOURCES DEPHASEES

III RÉSEAU DE CAVITÉS RÉSEAU DE CAVITÉS RÉSEAU DE CAVITÉS RÉSEAU DE CAVITÉS : ENQUÊTE DE : ENQUÊTE DE : ENQUÊTE DE : ENQUÊTE DE DIRECTIVITÉ. La pression rayonnée par une seule source i en un point situé à une distance ri est. Une simulation sous MatLab est réalisée pour mieux visualiser la directionnalité du réseau de vides.

3-2 DIRECTION DE L’ONDE REFLECHIE D’UNE SOURCE ACOUSTIQUE EXTERIEURE

Le décalage temporel de l'excitation de chaque cavité est égal à τ, ainsi que sa réémission pour fH. Ce résultat très intéressant confirme notre hypothèse et montre que la réflexion de l'onde acoustique sur le plan du réseau se fait donc dans la même direction que le lobe principal d'émission du réseau de cavités de résonance. Comme nous avons montré précédemment qu'il existe un verrouillage de phase qui optimise l'atténuation de l'ensemble, l'efficacité du réseau se trouve ainsi maximale lorsqu'il est soumis à une onde incidente au même instant.

CHAPITRE IVCHAPITRE IVCHAPITRE IV

RAYONNEMENT ACOUSTIQUE D’UNE UE D’UNE UE D’UNE UE D’UNE STRUCTUR

STRUCTURSTRUCTUR

DES VIBRATIONS DES VIBRATIONS DES VIBRATIONS

RESONATEUR DE HEL RESONATEUR DE HEL

1-1 HYPOTHESE DU SCHEMA EQUIVALENT MODELISANT UNE PLAQUE NIDA PERCEE

1-2 ETUDE THEORIQUE DU RAYONNEMENT D’UNE PLAQUE NIDA BAFFLEE

IVIVIV

Les deux pressions s'additionnent et correspondent à une pression égale à celle de la plaque non percée. A la fréquence de résonance : le déplacement de la masse d'air est très important et ralentit de π/2 par rapport au déplacement de la plaque. En HF : le déplacement de la masse d'air est de plus en plus faible et le déphasage tend vers π.

Un programme sous MatLab (Cf. Annexe 8) a été exécuté pour obtenir l'évolution de la pression acoustique en fonction de la fréquence, pour une plaque NIDA percée et non percée.

RAYONNEMENT D’UNE PL RAYONNEMENT D’UNE PL

RAYONNEMENT D’UNE PLAQUE NIDA AQUE NIDA AQUE NIDA AQUE NIDA BAFFLEE

BAFFLEE BAFFLEE BAFFLEE

• 2-1 CHOIX ET DIMENSIONNEMENT DE LA PLAQUE NIDA
• 2-2 MISE EN ŒUVRE DE L’EXPERIMENTATION
• 2-3 RESULTATS
• 3-1 COMPARAISON DES PRESSIONS ACOUSTIQUES POUR LA PLAQUE NIDA NON PERCEE
• 3-2 COMPARAISON DES PRESSIONS ACOUSTIQUES POUR LA PLAQUE NIDA PERCEE
• 3-3 VALIDATION DE L’HYPOTHESE DU PISTON EQUIVALENT PRISE POUR MODELISER LE
• 4444---- CONCLUSION CONCLUSION CONCLUSION CONCLUSION

La figure 64 montre la densité spectrale de puissance de pression acoustique mesurée, pour une seule cavité de plaque excitée par un écoulement devant l'orifice (les autres sont bloquées par un film plastique). La figure 66 montre la densité spectrale de puissance de l'accélération subie en un point de la plaque soumise à une excitation de bruit blanc. Pour mesurer le rayonnement acoustique de la plaque NIDA, l'expérience est réalisée dans une chambre semi-anéchoïque.

La figure 71 montre la densité spectrale de puissance (PSD) de la pression acoustique, mesurée sur l'axe à 0,35 m, à la verticale du piston d'étourdissement percé (en rouge) et non percé (en bleu), lorsqu'il est soumis à un bruit blanc [500 - 3200Hz] .

OPTIMISATION DE LA FORME DES ORME DES ORME DES ORME DES CAVITES

CAVITES CAVITES CAVITES

HELMHOLTZ ET DE QUAR HELMHOLTZ ET DE QUAR

HELMHOLTZ ET DE QUART D’ONDE AU T D’ONDE AU T D’ONDE AU T D’ONDE AU SEIN D’UNE MEME CAVI

• 1-1 DEFINITION DE LA CAVITE VARIABLE
• 1-2 FREQUENCES DE RESONANCE THEORIQUES
• 1-3 PROTOCOLE EXPERIMENTAL
• 1-4 RESULTATS DES ESSAIS REALISES
• 1-5 INTERPRETATION ET CONCLUSION
• 2222---- OPTIMISATION DES RAP OPTIMISATION DES RAP OPTIMISATION DES RAP OPTIMISATION DES RAPPORTS PORTS PORTS PORTS DIMENSIONNELS DES CA

La figure 77 montre les courbes des fréquences de résonance théoriques en fonction de la longueur de la cavité. C'est le troisième pic le plus élevé du spectre; les fréquences se rapprochent de la courbe théorique de la deuxième harmonique du quart d'onde. La cavité se comporte correctement en Helmholtz pour des longueurs de 20 mm à 170 mm et ceci indépendamment du débit, c'est-à-dire pour.

Ceux-ci ont été corrigés, dans la deuxième partie de la figure, pour se rapprocher au plus près des points expérimentaux par translation axiale, correspondant à une modification de la longueur de la cavité quart d'onde.

DIMENSIONNELS DES CA DIMENSIONNELS DES CA

V OPTIMISATION RAP OPTIMISATION RAP OPTIMISATION RAP OPTIMISATION PORT PORT DIMENSIONNEL ENVIRON.

DIMENSIONNELS DES CAVITES POUR VITES POUR VITES POUR VITES POUR MAXIMISER LEURS RAYO

MAXIMISER LEURS RAYO MAXIMISER LEURS RAYO

MAXIMISER LEURS RAYONNEMENT NNEMENT NNEMENT NNEMENT ACOUSTIQUE

ACOUSTIQUE ACOUSTIQUE ACOUSTIQUE

2-1 ETUDE EXPERIMENTALE PAR UNE APPROCHE PLANS D’EXPERIENCES

La fréquence du pic est enregistrée sur la courbe, qui correspond à la fréquence de Helmholtz de la cavité. Pour la pente, l'optimisation de l'analyse de variance pour un risque de 7% (Cf. Annexe 11) montre que les paramètres A, C, ABC et B sont influents. Les valeurs expérimentales et théoriques sont identiques, on peut considérer que pour l'optimisation, c'est à dire la maximisation de la pente, le modèle est validé.

Pour l'amortissement µ, l'optimisation de l'analyse de la variance montre qu'il faut prendre un risque de 10% pour que les paramètres A, B et ABC soient influents.

2-2 SIMULATION NUMERIQUE DU PLAN D’EXPERIENCES REALISEES EXPERIMENTALEMENT

2-3 COMPARAISON DES RESULTATS DE SIMULATION AVEC L’EXPERIMENTATION

Pour obtenir une amplitude crête-crête identique à la courbe expérimentale, il faut ajuster la valeur de l'atténuation via delta (cf. Eq. 48), en effet k et m sont définis par la géométrie de la cavité soit delta qui est déterminé expérimentalement. V Corrélation d'amplitude de pic Corrélation d'amplitude de pic Pic ---- corrélation d'amplitude de pic avec delta Corrélation d'amplitude de pic pic avec delta pic avec delta pic avec delta. Le tableau 12 présente les valeurs de l'amplitude crête-crête trouvées expérimentalement et par simulation, ainsi que le delta obtenu par simulation pour avoir Acr_cr identique aux courbes expérimentales.

La valeur de calibrage du delta est parfois différente de la réalité ; la difficulté d’évaluer expérimentalement l’amortissement pourrait conduire à cette propagation.

2-4 CONCLUSION

CONCLUSION GENERALECONCLUSION GENERALECONCLUSION GENERALE

Puisqu’il y a bien atténuation, nous avons alors émis l’hypothèse qu’une cavité soumise à un écoulement réémet une onde qui va « se décanter » avec l’onde incidente pour amortir le niveau sonore global. L'étude expérimentale a permis de démontrer une atténuation de 5 à 9 dB de la puissance rayonnée pour une plaque NIDA comportant des trous menant à des cavités. Concernant la recherche d'une optimisation de forme, nous avons montré que les rapports d'aspect des cavités ont une influence majeure sur l'irradiance ou l'absorption.

Le volume de la cavité détermine la fréquence de résonance, tandis que les rapports d'aspect régissent le rayonnement ou l'absorption de la cavité.

BIBLIOGRAPHIEBIBLIOGRAPHIE

59] Rice E.J., A theoretical study of the acoustic impedance of gaps in the presence of a steady grazing current. 60] Rice E.J., Spin mode sound propagation in acoustic treatment and shear flow ducts, in AIAA 2nd Aero-acoustics, Vol., Hampton, 1975. 64] Rice E.J., Intake sound suppressor design method based on acoustic power distribution with mode cutoff ratio.

65] Rice E.J., Acoustic liner, optimal impedance for spinning modes with mode cut-off ratio as the design criterion.