Absorption acoustique par des coques résonantes
Résumé
The absorption of acoustic waves at low frequencies, when the wavelength is large
compared to the thickness of the treatment, remains challenging. This study illustrates
the performances of a new category of poro-granular materials, composed by spherical
hollow shells. Shells can be rigid or elastic, eventually drilled with a neck (Helmholtz
resonators), and either impervious or naturally porous (double porosity). These materials
allow a large diversity of configurations by mixing shells having different properties,
thus combining the effects of resonance of elastic shells and Helmholtz resonators
or the effects of diffusion of double porosity materials. The coincidence of all these
mechanisms can increase very significantly the effectiveness of sound absorbers at
low frequencies while overcoming the intrinsic size constraints of more conventional
materials. Their implementation opens the door to the thickness reduction of
conventional treatments.
We propose an effective medium model which accounts for the effect of these various
mechanisms. Our model extends the works of Boutin et coll. to configurations studied
by solving the local equations of the shell’s elasticity coupled to the internal fluid
dynamic.
Our Measurements cover the diversity of the studied configurations and illustrate the
expected performances of these materials. The model shows a good agreement with
measurements, allowing thus to consider the optimization of these innovative materials.
L’absorption des ondes acoustiques en basses fréquences, quand la longueur d’onde
est très grande devant l’épaisseur du traitement, reste un challenge. Cette étude
illustre les performances d’une nouvelle catégorie de matériaux poro-granulaires,
composés de coques sphériques creuses. Les coques peuvent être rigides ou
élastiques, percées ou munies d’un col (résonateur de Helmholtz), imperméable ou
micro-poreuse (double porosité). Ces matériaux permettent une grande diversité de
configurations en mélangeant des coques avec des propriétés différentes, combinant
ainsi les effets résonants des coques élastiques, des résonateurs de Helmholtz ou de
diffusion des matériaux à double porosité. La concomitance de tous ces mécanismes
permet d’accroître très significativement l’efficacité des absorbants acoustiques
en basses fréquences tout en s’affranchissant des contraintes d’encombrement
intrinsèques des matériaux plus classiques. Leur mise en œuvre ouvre la voie vers une
diminution d’épaisseur des traitements conventionnels.
Nous proposons un modèle de milieu effectif qui rend compte de l’effet de ces
différents mécanismes. Notre modèle étend les travaux de Boutin et coll. aux
configurations étudiées en résolvant les équations locales de l’élasticité de la coque
couplées à la dynamique du fluide interne.
Nos mesures couvrent la diversité des configurations étudiées et illustrent les
performances attendues de ces matériaux. Le modèle présente un bon accord avec
les mesures, permettant ainsi d’envisager l’optimisation de ces matériaux innovants.
Domaines
Acoustique [physics.class-ph]
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
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