EP0656618A1 - Matériau de protection acoustique notamment des antennes sonar - Google Patents

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EP0656618A1
EP0656618A1 EP94402688A EP94402688A EP0656618A1 EP 0656618 A1 EP0656618 A1 EP 0656618A1 EP 94402688 A EP94402688 A EP 94402688A EP 94402688 A EP94402688 A EP 94402688A EP 0656618 A1 EP0656618 A1 EP 0656618A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
acoustic
inclusions
matrix
material according
protection material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP94402688A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Bedard
Patrice Le Goulven
Denis Quiltu
J. Yves Le Lan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Direction General de lArmement DGA
Gouvernement de la Republique Francaise
Original Assignee
Delegation Generale pour lArmement
Gouvernement de la Republique Francaise
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Filing date
Publication date
Application filed by Delegation Generale pour lArmement, Gouvernement de la Republique Francaise filed Critical Delegation Generale pour lArmement
Publication of EP0656618A1 publication Critical patent/EP0656618A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G10K11/165—Particles in a matrix

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic protection material intended in particular for the insulation of ship's sonar antennas. These antennas are placed in a dome or bulb of hydrodynamic shape. the ship carrying the sonar antenna or by sonar acoustic waves in the case of multiple reflections inside the dome or bulb.
  • noises can have, among other things, a hydrodynamic origin when they are generated by the flow of sea water around the dome or a mechanical origin when they come, for example, from the cavitation of the propellers or from the vibrations of the steel hull. .
  • the nature and location of the acoustic protection materials may depend on the component that we want to reduce.
  • the current acoustic protections consist of a set of cork-rubber panels fixed by bolts on a polyvinyl chloride support itself screwed into the bulb and equipped with a very large number of rubber cork triangles.
  • This solution is effective in the frequency range of the sonar antennas, that is to say 4 to 10 kHz but has the major drawback of requiring a long and difficult implementation, evaluated at approximately 600 working hours because the panels are screwed and the triangles rubber cork are manually glued one after the other on the panels.
  • the loudspeakers thus formed are essentially effective in limiting the multiple reflections of sound waves but they allow parasitic sound waves to pass through and do little to dampen the vibrations of the hull.
  • the screws of the loudspeakers thus formed have multiple reflection points, di thereby reducing the efficiency of the panel, which has the effect of triggering false alarms.
  • the object of the invention is therefore to propose a material for acoustic protection of the sonar antennas located in a bulb, which does not have the drawbacks of the previous solutions. It must be effective in the frequency range of the antennas and easy to install and to maintain.
  • the subject of the invention is a sound protection material for sonar antennas operating in the frequency range from 4 to 10 kHz, consisting of a matrix of viscoelastic material comprising gas inclusions and heavy inclusions of a density material. greater than 10, to be applied in the form of a panel.
  • the viscoelastic matrix is made of neoprene.
  • the gas inclusions are air inclusions and the heavy inclusions are lead inclusions.
  • the percentage of air in the matrix is within a range of 1 to 10% by volume and the percentage of lead is within a range of 5 to 30% by volume.
  • by volume of air in the matrix is preferably equal to 3%.
  • the percentage by volume of lead in the matrix is preferably equal to 21%.
  • This material can be combined in a multilayer panel with other acoustic protection materials and different acoustic characteristics.
  • FIG. 1 represents a dome or bulb 4 housing a sonar antenna 12 under a hull 5 of a building, this dome comprising acoustic protections identified by materials 1, 2 and 3.
  • the material 1 constitutes an acoustic screen limiting the disturbances inside the bulb, due to the phenomenon of cavitation of the propellers of the building. It must therefore reflect as much as possible and transmit very little sound waves 6 coming from the rear of the We endeavor to characterize this material by its transmission coefficient T, which must be as low as possible and which is defined as the ratio of the pressure transmitted over the incident pressure.
  • the transmission coefficient T is maximum at normal incidence and minimal in oblique incidence.
  • the material 2 acts as an acoustic barrier attenuating sound waves 7 produced by the vibrations of the hull of the ship and its efficiency is defined by a parameter called the masking coefficient CM, which must be as low as possible and which corresponds to the ratio of the pressure propagating in the outlet medium, the hull being coated with its acoustic enclosure, on the pressure propagating when the hull is not provided with it.
  • CM masking coefficient
  • the material 3 is an anechoic material making it possible to attenuate the multiple reflection inside the bulb of sound rays 9 which reach it.
  • the effectiveness of this material is defined by the reflection coefficient R of the panel, which must be the most low possible and which is defined as the ratio of the reflected pressure on the incident pressure.
  • the reflection coefficient R is characterized in oblique incidence, because it is minimal in normal incidence.
  • An acoustic enclosure is characterized by an input impedance which has the value of the product of the density of the material by the speed of the sound.
  • the reflection coefficient R is given by the equation following: R # (z2 - 1) / (z2 + 1), where z2 is the reduced impedance equal to Z2 / Z1.
  • Z1 corresponds to the impedance of water. The reflection is almost total in two cases. In a first case, the absolute value of z2 is much greater than 1 and the impedance Z2 much greater than the impedance of water.
  • the absolute value of z2 is much less than 1 and the impedance Z2 much lower than the impedance of the water; there is a 180 ° phase difference between the o ndes of incident and reflected pressure and a material should be chosen which either the density or the speed of the sound waves or both are much lower than those of water.
  • a reflective material therefore necessarily has an acoustic impedance very different from that Conversely, a poorly reflective material has an impedance Z2 close to that of water.
  • All of the materials 1 and 3 constitute a first acoustic enclosure 10 characterized by a transmission coefficient in the incoming direction T less than or equal to - 19 decibels and by a reflection coefficient R less than or equal to - 15 decibels in the outgoing direction bulb.
  • the reflection coefficient R must be low, which means that the impedance of the acoustic enclosure 10 must be close to that of the outlet medium, which is water.
  • the transmission coefficient T must be low.
  • the attenuation of the wave transmitted in the acoustic enclosure 10 takes place when the imaginary part of the longitudinal speed is at least equal to 15% of its real part.
  • All of the materials 2 and 3 constitute a second acoustic enclosure 11 characterized by a masking coefficient CM less than or equal to - 20 decibels and a reflection coefficient R less than or equal to - 15 decibels.
  • This acoustic enclosure must therefore greatly attenuate the sound wave transmission and reflect little sound waves, that is to say have an acoustic impedance close to that of water. Its essential role is to minimize the effects of vibrations of the hull.
  • Sound waves coming directly from the sea such as sound waves 8 arrive in the bulb with a 0 degree site; they are therefore hardly reflected, but they are transmitted by being attenuated thanks to the anechoic properties of the acoustic speaker. .
  • the material according to the invention fulfills these conditions as well as the functions of the three materials 1,2 and 3: it is not very reflective; it transmits very little sound waves; it strongly attenuates the vibrations of the shell.
  • Figure 2 shows the structure of a flat monolayer panel made of the material of the invention.
  • This material consists of a matrix 13 of viscoelastic material such as neoprene, including balls 14 of small diameter in front of the length of acoustic wave, less than a millimeter for the frequency range from 4 to 10 KHz, some of which are made of glass and filled with air and others made of a heavy material with a density greater than 10 such as lead. of glass and balls of heavy material is random but homogeneous overall.
  • the impedance of the material according to the invention is close to that of water, that is to say, of the order of 1.48 MegaPascal.second.per meter.Both types are included in the same way by dynamic direct mixing in the viscoelastic matrix before adding the hardener, polymerization catalyst.
  • the glass beads are filled with a gas other than air, such as a neutral gas, nitrogen, oxygen.
  • the gas inclusions are enclosed in hollow balls which may be made of a rigid material other than glass or of a viscoelastic material.
  • the gas inclusions are enclosed in volumes of shape other than spherical.
  • the inclusions of heavy material have a shape other than spherical.
  • Homogeneous or single-phase elastic materials with high viscosity coefficients attenuate sound waves. They constitute anechoic systems which have an intrinsic attenuation based on the resonator principle. The passage of the sound wave causes a relaxation of structure generating a strong attenuation of the wave.
  • the materials making it possible to strongly attenuate the sound waves must have a high longitudinal celerity attenuation ⁇ L, greater than 10% .Viscoelastic materials such as neoprene have a high transverse celerity attenuation ⁇ T of the order of 15%, but a weak longitudinal speed ⁇ L attenuation.
  • the introduction of air into the viscoelastic matrix makes it possible to increase the value of the attenuation of longitudinal speed ⁇ L up to that this reaches a value equal to that of the attenuation of the transverse speed.
  • a volume percentage of 3% of air is sufficient for this purpose.
  • the acoustic impedance of the material according to the invention is close to that of water thanks to the introduction of balls made of a heavy material.
  • lead is added in proportions of 5 to 30% by volume.
  • the material object of the invention is multiphasic.
  • the attenuation can be considered as the sum of two terms: the attenuation due to the intrinsic viscosity of the medium and the attenuation due to the energy dissipation resulting from the presence of several media by thermoelastic effect.
  • the passage of the sound wave has the effect of periodically compressing and then relaxing the media crossed. This results in heating and then a periodic loss of energy in each of the media, which depends thermodynamic characteristics of each medium.
  • the heat stored in each medium tends to diffuse into the neighboring medium.
  • the speed with which the heat diffuses from one medium to another depends on the thermal conductivities of the mediums.
  • the acoustic protection material according to the invention can be used in combination with other acoustic protection materials in a multilayer panel.
  • the advantage of the multilayer panel compared to the monolayer panel lies in the possibility of obtaining different characteristics depending on whether one is placed on one side or the other of the panel and in particular to reduce the reflection coefficient R of the acoustic enclosure which must be minimal on the face of the material 3.
  • the panels made of the material of the invention are fixed by gluing to their support to form an acoustic enclosure.
  • the material which is the subject of the invention can be used in applications where the medium at the interface of which it is placed is different from water; the impedance of the material remains close to that of this medium but is obtained by varying the volume percentage of the inclusions of heavy material.
  • a monolayer panel according to the invention comprises a viscoelastic neoprene matrix comprising air and lead inclusions in the form of beads.
  • the attenuations on the longitudinal and transverse sound celerities are of the order of 15%.
  • the following three tables give the evolution of the values of the reflection coefficients R, of transmission T, of masking CM in decibels as a function of the volume percentage of lead included for a panel 25 cm thick comprising 3% by volume of air inclusion, at frequencies of 5 KHz and 10 KHz: Lead R R 5KHz 10KHz 10% -16.5 -16.5 15% -20 -20 21% -23 -23 Lead T T 5KHz 10KHz 10% -20 -40 15% -22 -42 21% -21 -41 Lead CM CM 5KHz 10KHz 10% -21 -41 15% -22 -43 21% -21 -42
  • a monolayer panel with volume inclusions of 3% air and 21% lead has a density of 2.3 g / cm3.
  • FIG. 3 represents a multilayer panel consisting of four layers, the first A of which is made of a polyurethane resin with an inclusion of 30% air, the second B of a polyurethane resin of an inclusion of 2% air, the third C by an acoustic protection material according to the invention comprising a viscoelastic neoprene matrix with volume inclusions of 3% in air and 21% in lead, the fourth D by a low-reflection polyurethane resin.
  • layer D The role of layer D is to minimize the reflection of the sound wave.
  • Layer C adapts the acoustic impedance and attenuates sound waves.
  • Layer B further adapts the acoustic impedance while layer A allows good reflection.

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Abstract

L'invention concerne un matériau de protection acoustique constitué d'une matrice en matériau viscoélastique comportant des inclusions de gaz et des inclusions lourdes d'un matériau de densité supérieure à 10.
Les inclusions de gaz peuvent être des inclusions d'air et les inclusions lourdes des inclusions de plomb.
Application notamment aux antennes sonar.

Description

  • La présente invention concerne un matériau de protection acoustique destiné notamment à l'isolation des antennes sonars des navires.Ces antennes sont placées dans un dôme ou bulbe de forme hydrodynamique.Il s'agit de minimiser les bruits pouvant gêner la détection sonar, générés par le navire porteur de l'antenne sonar ou par des ondes acoustiques sonar dans le cas de réflexions multiples à l'intérieur du dôme ou bulbe.
  • Ces bruits peuvent avoir entre autres une origine hydrodynamique lorsqu'ils sont engendrés par l'écoulement de l'eau de mer autour du dôme ou une origine mécanique lorsqu'ils proviennent par exemple de la cavitation des hélices ou des vibrations de la coque en acier.
  • La nature et l'implantation des matériaux de protection acoustique peuvent dépendre de la composante que l'on veut atténuer.
  • Les protections acoustiques actuelles sont constituées par un ensemble de panneaux en liège-caoutchouc fixés par boulonnerie sur un support en chlorure de polyvinyle lui même vissé dans le bulbe et équipés d'un très grand nombre de triangles en liège caoutchouc.Cette solution est efficace dans la plage de fréquences des antennes sonar, c'est à dire 4 à 10 kHz mais a pour inconvénient majeur de nécessiter une mise en oeuvre longue et difficile, évaluée à environ 600 heures de travail du fait que les panneaux sont vissés et que les triangles en liège caoutchouc sont collés manuellement l'un après l'autre sur les panneaux.Les enceintes acoustiques ainsi constituées sont essentiellement efficaces pour limiter les réflexions multiples des ondes sonores mais elles laissent passer des ondes sonores parasites et atténuent peu les vibrations de la coque .De plus, les visseries des enceintes acoustiques ainsi constituées présentent des points de réflexion multiples, diminuant de ce fait l'efficacité du panneau, ce qui a pour conséquence de déclencher des fausses alarmes.
  • On connait aussi des matériaux de protection acoustique constitués de polyuréthane comportant des inclusions d'air, ne présentant pas l'inconvénient de la solution précédente mais ces matériaux ne limitent pas les réflexions multiples et ne sont efficaces qu'au delà d'une fréquence de 30 KHz.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un matériau de protection acoustique des antennes sonar situées dans un bulbe, qui ne présente pas les inconvénients des solutions précédentes.Il doit être efficace dans la plage de fréquences des antennes et facile à poser et à entretenir.
  • L'invention a pour objet un matériau de protection acoustique d'antennes sonar fonctionnant dans la gamme de fréquences de 4 à 10 kHz, constitué d'une matrice en matériau viscoélastique comportant des inclusions de gaz et des inclusions lourdes d'un matériau de densité supérieure à 10, devant être appliqué sous forme de panneau.
  • Préférentiellement, la matrice viscoélastique est en néoprène.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, les inclusions de gaz sont des inclusions d'air et les inclusions lourdes des inclusions de plomb.
  • Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le pourcentage d'air dans la matrice est compris dans une plage de 1 à 10 % en volume et le pourcentage de plomb est compris dans une plage de 5 à 30 % en volume.Le pourcentage en volume de l'air dans la matrice est de préférence égal à 3 %.Le pourcentage en volume de plomb dans la matrice est de préférence égal à 21 %.
  • Ce matériau peut être associé dans un panneau multicouches à d'autres matériaux de protection acoustique et de caractéristiques acoustiques différentes.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description suivante non limitative et faite en référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
    • la figure 1 représente un dôme ou bulbe abritant l'antenne sonar,
    • la figure 2 représente la structure d'un panneau monocouche réalisé dans le matériau de l'invention,
    • la figure 3 représente un panneau multicouches.
  • La figure 1 représente un dôme ou bulbe 4 abritant une antenne sonar 12 sous une coque 5 d'un bâtiment, ce dôme comportant des protections acoustiques repérées par des matériaux 1, 2 et 3.
  • Le matériau 1 constitue un écran acoustique limitant les perturbations à l'intérieur du bulbe, dues au phénomène de cavitation des hélices du bâtiment.Il doit , par conséquent, réfléchir au maximum et transmettre très peu les ondes sonores 6 provenant de l'arrière du navire.On s'attache à caractériser ce matériau par son coefficient de transmission T, qui doit être le plus faible possible et qui est défini comme le rapport de la pression transmise sur la pression incidente.Le coefficient de transmission T est maximal en incidence normale et minimal en incidence oblique.
  • Le matériau 2 joue le rôle de barrière acoustique atténuant des ondes sonores 7 produites par les vibrations de la coque du navire et son efficacité est définie par un paramètre appelé coefficient de masquage CM, qui doit être le plus faible possible et qui correspond au rapport de la pression se propageant dans le milieu de sortie, la coque étant revêtue de son enceinte acoustique, sur la pression se propageant lorsque la coque n'en est pas munie.
  • Le matériau 3 est un matériau anéchoide permettant d'atténuer la réflexion multiple à l'intérieur du bulbe de rayons sonores 9 qui y parviennent.L'efficacité de ce matériau est définie par le coefficient de réflexion R du panneau , qui doit être le plus faible possible et qui est défini comme le rapport de la pression réfléchie sur la pression incidente.Le coefficient de réflexion R est caractérisé en incidence oblique, car il est minimal en incidence normale.
  • Les propriétés acoustiques d'un panneau constitué dans un matériau élastique homogène sont caractérisées par trois paramètres : la masse volumique de ce matériau, la célérité longitudinale complexe des ondes acoustiques de formule CL = C'L (1+i ηL), la célérité transversale des ondes acoustiques de formule CT= C'T(1+i ηT), où C'L et C'T représentent les parties réelles respectives de CL et CT et où ηL et ηT représentent les atténuations respectives de CL et CT.
  • Une enceinte acoustique est caractérisée par une impédance d'entrée qui a pour valeur le produit de la masse volumique du matériau par la célérité du son.
  • Dans le cas d'un angle d'incidence faible, pour une enceinte acoustique caractérisée par une impédance d'entrée z₂ et placée à l'interface d'un milieu d'impédance Z₁, le coefficient de réflexion R est donné par l'équation suivante : R # (z₂ - 1)/(z₂ + 1), où z₂ est l'impédance réduite égale à Z₂/Z₁.Dans le cas des ondes sonores 9 déjà parvenues dans le bulbe 4 et arrivant sur le matériau 3, Z₁ correspond à l'impédance de l'eau.La réflexion est quasi-totale dans deux cas.Dans un premier cas, la valeur absolue de z₂ est très supérieure à 1 et l'impédance Z₂ très supérieure à l'impédance de l'eau et il convient de choisir un matériau dont soit la masse volumique soit la célérité des ondes acoustiques soient les deux sont très supérieures à celles de l'eau.Dans un deuxième cas, la valeur absolue de z₂ est très inférieure à 1 et l'impédance Z₂ très inférieure à l'impédance de l'eau;il y a un déphasage de 180° entre les ondes de pression incidente et réfléchie et il convient de choisir un matériau dont soit la masse volumique soit la célérité des ondes sonores soient les deux sont très inférieures à celles de l'eau.Un matériau réflecteur a donc nécessairement une impédance acoustique très différente de celle de l'eau.Inversement un matériau peu réflecteur a une impédance Z₂ voisine de celle de l'eau.
  • L'ensemble des matériaux 1 et 3 constituent une première enceinte acoustique 10 caractérisée par un coefficient de transmission dans le sens entrant T inférieur ou égal à - 19 décibels et par un coefficient de réflexion R inférieur ou égal à - 15 décibels dans le sens sortant du bulbe.
  • Le coefficient de réflexion R doit être faible, ce qui signifie que l'impédance de l'enceinte acoustique 10 doit être proche de celle du milieu de sortie, qui est l'eau.
  • Le coefficient de transmission T doit être faible.L'atténuation de l'onde transmise dans l'enceinte acoustique 10 a lieu lorsque la partie imaginaire de la célérité longitudinale est au moins égale à 15 % de sa partie réelle.
  • L'ensemble des matériaux 2 et 3 constituent une deuxième enceinte acoustique 11 caractérisée par un coefficient de masquage CM inférieur ou égal à - 20 décibels et un coefficient de réflexion R inférieur ou égal à - 15 décibels.Cette enceinte acoustique doit donc atténuer fortement la transmission de l'onde sonore et réfléchir peu les ondes sonores,c'est-à-dire avoir une impédance acoustique proche de celle de l'eau.Son rôle essentiel est de minimiser les effets des vibrations de la coque.
  • Les ondes sonores provenant directement de la mer telles que des ondes sonores 8 parviennent dans le bulbe avec un site de 0 degré;elles sont de ce fait peu réfléchies.Elles sont cependant transmises en étant atténuées grâce aux propriétés anéchoides de l'enceinte acoustique 11.
  • Une bonne protection acoustique est obtenue avec un matériau ayant un coefficient de transmission T inférieur à -19 décibels, un coefficient de masquage CM inférieur à -20 décibels, un coefficient de réflexion R inférieur à -15 décibels.
  • Le matériau selon l'invention remplit ces conditions ainsi que les fonctions des trois matériaux 1,2 et 3 : il est peu réflecteur;il transmet très peu les ondes sonores;il atténue fortement les vibrations de la coque.
  • La figure 2 présente la structure d'un panneau plan monocouche réalisé dans le matériau de 1' invention .Ce matériau est constitué d'une matrice 13 en matériau viscoélastique tel que le néoprène, incluant des billes 14 de diamètre petit devant la longueur d'onde acoustique , inférieur au millimètre pour la plage de fréquences de 4 à 10 KHz ,dont certaines sont en verre et remplies d'air et d'autres constituées dans un matériau lourd de densité supérieure à 10 tel que le plomb.La répartition entre billes de verre et billes de matériau lourd est aléatoire mais homogène dans l'ensemble.L'impédance du matériau selon l'invention est voisine de celle de l'eau, c'est -à-dire, de l'ordre de 1,48 MégaPascal.seconde.par mètre.Les deux types de billes sont incluses de la même manière par mélange direct dynamique dans la matrice viscoélastique avant d'ajouter le durcisseur, catalyseur de polymérisation.
  • Dans une variante de réalisation, les billes de verre sont remplies d'un gaz autre que l'air, tel qu'un gaz neutre, l'azote, l'oxygène.
  • Dans un autre mode de réalisation, les inclusions de gaz sont enfermées dans des billes creuses pouvant être constituées d'un matériau rigide autre que le verre ou d'un matériau viscoélastique.
  • Dans un autre mode de réalisation, les inclusions de gaz sont enfermées dans des volumes de forme autre que sphérique.
  • Dans une autre variante de réalisation, les inclusions de matériau lourd ont une forme autre que sphérique.
  • Les matériaux élastiques homogènes ou monophasiques, possédant des coefficients de viscosité élevés atténuent les ondes sonores.Ils constituent des systèmes anéchoiques qui ont une atténuation intrinsèque fondée sur le principe du résonateur.Le passage de l'onde sonore y provoque une relaxation de structure engendrant une forte atténuation de l'onde.
  • Les matériaux permettant d'atténuer fortement les ondes sonores doivent posséder une atténuation de célérité longitudinale ηL élevée, supérieure à 10 %.Les matériaux viscoélastiques tels que le néoprène présentent une atténuation de célérité transversale ηT élevée de l'ordre de 15 %, mais une atténuation de célérité longitudinale ηL faible.
  • Lorsque les inclusions gazeuses contiennent de l'air, l'introduction d'air dans la matrice viscoélastique, notamment dans un pourcentage volumique compris entre 1 et 10 %, permet d'augmenter la valeur de l'atténuation de célérité longitudinale ηL jusqu'à ce que celle-ci atteigne une valeur égale à celle de l'atténuation de la célérité transversale.Un pourcentage volumique de 3 % d'air est suffisant pour ce but.L'impédance acoustique du matériau selon l'invention est voisine de celle de l'eau grâce à l'introduction de billes constituées dans un matériau lourd.Lorsque les inclusions lourdes sont des inclusions de plomb, le plomb est ajouté dans des proportions de 5 à 30 % en volume.
  • Le matériau objet de l'invention est multiphasique.Dans ce type de matériau, l'atténuation peut être considérée comme la somme de deux termes : l'atténuation due à la viscosité intrinsèque du milieu et l'atténuation due à la dissipation d'énergie résultant de la présence de plusieurs milieux par effet thermoélastique.Le passage de l'onde sonore a pour effet de comprimer puis de détendre périodiquement les milieux traversés.Il en résulte un échauffement puis une perte d'énergie périodique dans chacun des milieux, qui dépend des caractéristiques thermodynamiques de chaque milieu.
  • Entre deux phases de surpression successives, la chaleur emmagasinée dans chacun des milieux a tendance à diffuser dans le milieu voisin.La vitesse avec laquelle diffuse la chaleur d'un milieu à l'autre dépend des conductivités thermiques des milieux.
  • Le matériau de protection acoustique selon l'invention peut être utilisé en association à d'autres matériaux de protection acoustique dans un panneau multicouches.
  • L'intérêt du panneau multicouches par rapport au panneau monocouche réside dans la possibilité d'obtenir des caractéristiques différentes suivant que l'on se place d'un côté ou de l'autre du panneau et en particulier de diminuer le coefficient de réflexion R de l'enceinte acoustique qui doit être minimal sur la face du matériau 3.
  • Il est possible d'abaisser le coefficient de réflexion de façon considérable jusqu'à - 30 décibels en positionnant sur le côté ne devant pas réfléchir un matériau possédant une impédance acoustique très proche de celle de l'eau, telle qu'une résine en polyuréthane, les coefficients de transmission T et de masquage CM restant comparables à ceux d'un panneau monocouche.
  • Les panneaux constitués dans le matériau de l'invention sont fixés par collage sur leur support pour former une enceinte acoustique.
  • Le matériau objet de l'invention peut être utilisé dans des applications où le milieu à l'interface duquel il est placé est différent de l'eau;l'impédance du matériau reste voisine de celle de ce milieu mais est obtenue en faisant varier le pourcentage volumique des inclusions de matériau lourd.
    • Exemple 1
  • Un panneau monocouche selon l'invention comprend une matrice viscoélastique en néoprène comportant des inclusions d'air et de plomb sous forme de billes.Les atténuations sur les célérités de son longitudinale et transversale sont de l'ordre de 15 %.Les trois tableaux suivants donnent l'évolution des valeurs des coefficients de réflexion R, de transmission T, de masquage CM en décibels en fonction du pourcentage volumique de plomb inclus pour un panneau de 25 cm d'épaisseur comportant 3 % en volume d'inclusion d'air, à des fréquences de 5 KHz et 10 KHz:
    Plomb R R
    5KHz 10KHz
    10% -16,5 -16,5
    15% -20 -20
    21% -23 -23
    Plomb T T
    5KHz 10KHz
    10% -20 -40
    15% -22 -42
    21% -21 -41
    Plomb CM CM
    5KHz 10KHz
    10% -21 -41
    15% -22 -43
    21% -21 -42
  • Un panneau monocouche comportant des inclusions volumiques de 3 % en air et de 21 % en plomb a une masse volumique de 2,3 g/cm³.
  • Son impédance est voisine de celle de l'eau, c'est-à-dire de l'ordre de 1,48 MégaPascal/mètre.
    • Exemple 2
  • La figure 3 représente un panneau multicouches constitué de quatre couches dont la première A est constituée par une résine en polyuréthane avec une inclusion de 30 % d'air, la deuxième B par une résine en polyuréthane avec une inclusion de 2 % d'air, la troisième C par un matériau de protection acoustique selon l'invention comportant une matrice viscoélastique en néoprène avec des inclusions volumiques de 3 % en air et de 21 % en plomb, la quatrième D par une résine polyuréthane faible en réflexion.
  • La couche D a pour rôle de minimiser la réflexion de l'onde sonore.
  • La couche C adapte l'impédance acoustique et atténue les ondes sonores.
  • La couche B adapte encore l'impédance acoustique tandis que la couche A permet une bonne réflexion.
  • Les résultats obtenus par ce panneau multicouches sont très bons en ce qui concerne la réflexion sur la couche D et semblables à ceux d'un panneau monocouche pour les autres coefficients acoustiques.

Claims (9)

  1. Matériau de protection acoustique d'antennes sonar fonctionnant dans la gamme de fréquences de 4 à 10 kHz, constitué d'une matrice en matériau viscoélastique comportant des inclusions de gaz et des inclusions lourdes d'un matériau de densité supérieure à 10, devant être appliqué sous forme de panneau.
  2. Matériau de protection acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice viscoélastique est en néoprène.
  3. Matériau de protection acoustique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les inclusions de gaz sont des inclusions d'air.
  4. Matériau de protection acoustique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le pourcentage en volume de l'inclusion d'air dans la matrice est compris dans une plage de 1 à 10 %.
  5. Matériau de protection acoustique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pourcentage en volume de l'inclusion d'air dans la matrice est de 3 %.
  6. Matériau de protection acoustique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les inclusions lourdes sont des inclusions de plomb.
  7. Matériau de protection acoustique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pourcentage en volume de l'inclusion de plomb dans la matrice est compris dans une plage de 5 à 30 %.
  8. Matériau de protection acoustique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le pourcentage en volume de l'inclusion de plomb dans la matrice est de 21 %.
  9. Matériau de protection acoustique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est associé dans un panneau multicouches à d'autres matériaux de protection acoustique.
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