Le logiciel SILDIS® au format Excel permet de calculer la performance acoustique & aéraulique d'un silencieux circulaire/annulaire, comme l'illustre un exemple (numéroté 1.4.4 dans le manuel d'utilisation). Ce type d'atténuateur acoustique est un composant de circuit aérodynamique qui ne doit pas trop entraver la circulation de l'air. Il est constitué d'un revêtement absorbant les sons présentant les caractéristiques suivantes (lorsque modélisé avec le logiciel SILDIS®):
- la structure acoustique est multicouche, avec une couche de coeur constituée d'un milieu poreux (e.g laine minérale ou à base de polyester) et éventuellement un surfacage (voile ou un tissu) ou une couche protectrice perforée
- il se compose généralement d'un garnissage périphérique (dont le diamètre intérieur est égal au diamètre du conduit circulaire en amont et en aval) et d'un séparateur central
Enoncé du problème (application envisagée relative au calcul d'un silencieux circulaire/annulaire avec un séparateur central absorbant les sons à l'aide du logiciel SILDIS®)
On souhaite calculer la performance acoustique et aéraulique d'un silencieux dissipatif à section circulaire avec un séparateur central (silencieux annulaire). La section du conduit en amont et en aval (avant et après le silencieux) est différente de la section totale du silencieux (diamètre total D1A = 1000 mm [1''']) mais égale à sa largeur intérieure (longueur L = 1200 mm [3]). Le silencieux possède un revêtement périphérique avec une couche de coeur de d'épaisseur d = d1 = 200 mm [5], constituée d'un absorbeur homogène dans les directions parallèles et perpendiculaires à sa surface selon la référence BYOb (résistivité 16 kN·m-4) [7] dans la base de données SILDIS® pour les milieux poreux. Il est modélisé comme de la laine de roche (modèle M76) [8] et recouvert d'un voile [9] d'épaisseur d'1 = 5/100 mm [10] selon la référence BYO (résistance au passage de l'air 30 Nsm-3, masse volumique de 90 kg/m³). Le silencieux est prévu pour un débit d'air de 4 kg/s [13] à 20 °C [14] et sous une pression de 101 325 Pa [15]. Il est choisi de prendre en compte la perte de propagation pour L > 1 m avec le modèle FRO [16] et la perte par réflexion avec le modèle ZER [17]. Le spectre de référence est un bruit rose avec un niveau de puissance acoustique de 130 dB/octave [18]. La perte de pression totale est calculée à l'aide du modèle 2081 [19]. Il est choisi de prédire le bruit propre du silencieux de la manière décrite avec le modèle général 2081e* [20], avec le modèle de correction thermodynamique ZER [21], avec le modèle de correction spectrale 2081e [22]. La langue à utiliser est le français [23].
Avec un séparateur central comportant une couche de coeur de revêtement d'épaisseur (rayon) d=d2=150mm [105] constituée d'un absorbeur homogène dans les directions parallèles et perpendiculaires à sa surface ayant la référence BYOb (résistivité à l'écoulement d'air 16 kNsm-4) [107] dans la base de données pour les milieux poreux de SILDIS® modélisée comme une laine de roche avec le modèle M76 [108] avec un surfaçage [109] d'épaisseur d'1=5/100 mm [110] ayant la référence BYO (résistance à l'écoulement d'air 30 Nsm-3, masse volumique 90 g/m2) [111] dans la base de données des surfaçages en série de SILDIS® sans protection perforée [112].
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Coupe transversale d'un silencieux circulaire/annulaire - montage C1A - (da=d1 = épaisseur du revêtement absorbant les sons périphérique, 2ha = diamètre intérieur i.e. diamètre de raccordement, 2hi = 2di = 2d2 = diamètre du séparateur central, D1A = diamètre hors-tout) |
Données d'entrée (à saisir dans les feuilles de calcul Excel du module 1 du logiciel SILDIS®)
Les données d’entrée nécessaires au calcul sont listées ci-après en référence aux informations ci-dessus (cf. chiffres entre parenthèses dans le § précédent, utilisés comme repères pour expliquer la sélection ci-dessous). Les cellules d’entrée sont référencées grâce à leurs coordonnées Excel (colonne / ligne) dans la partie suivante extraite du manuel d’utilisation.
Feuille [in COALA] COmputation of Acoustic LAyers
| Item | Cellule pour entrée | Action prévue | Entrée | Repère / commentaire |
| Langage | AF2 | Pour Anglais, choisir E, pour Français choisir F | F | [23] |
| Température (°C) | D5 | Entrer un nombre réel | 20 | 14] |
| Pression (Pa) | D6 | Entrer un nombre réel positif | 101325 | [15] |
| Référence (porous media) | I21;J21 | Sélectionner une référence (matériau dans une liste) | YOb;BYOb | [107];[7] |
| Résistivité (Nsm-4) | M22 | Entrer un nombre réel | 16000 | [107];[7] |
| Modèle général (milieu poreux) | I27;J27 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | M76 | [108];[8] |
| Epaisseur (milieu poreux) (m) | I56;J56 | Entrer un nombre réel positif | 0.14995;0.19995 | [105]&[110];[5]&[10] |
| Prise en compte de la protection perforée en série (0/1) | I125;J125 | Pour NON entrer 0, pour OUI entrer 1 | 0;0 | [112];[12] |
| Référence (surfaçage en série) | AA21;AB21 | Sélectionner une référence (matériau dans une liste) | BYO;BYO | [111];[11] |
| Résistance au passage de l'air (Nsm-3) | AD22 | Entrer un nombre réel positif | 30;30 | [111];[11] |
| Masse surfacique (kg/m2) | AD23 | Entrer un nombre réel positif | 90;90 | [111];[11] |
| Prise en compte du surfaçage en série (0/1) | AA26;AB26 | Pour NON entrer 0, pour OUI entrer 1 | 1;1 | [109];[9] |
| Epaisseur (surfaçage en série) (m) | AA27;AB27 | Entrer un nombre réel positif | 0.00005 | [110];[10] |
| Lw0 (dB ref. 1 pW) | C163 to L163 | Entrer un nombre réel positif pour le niveau de puissance acoustique par bande de 1/1 octave | 130 | [18] |
Feuille [in COSIL] COmputation of SILencers
| Item | Cellule pour entrée | Action prévue | Entrée | Repère / commentaire |
| e(m) | BS18 | Entrer un nombre réel positif | 0 | Pre-filled (0 for mounting C1A) |
| hi local (m) | BV18 | Entrer un nombre réel positif | =BU18 | Pre-filled (hi=di=d2) |
| Mounting C1A to get D1A (m) | BS33 | Entrer un nombre réel positif <1 | 1.000 | [1'''] |
| Half airway (m) | D34 | Entrer un nombre réel positif | =BS34 i.e. 0.26587 | [6] |
| Mass flow rate (kg/s) | D66 | Entrer un nombre réel positif | 4 | [13] |
| Length L (m) | D74 | Entrer un nombre réel positif | 1.2 | [3] |
| Model of by-pass correction for L>1m | F83 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | FRO1 | [16] |
| Model of reflection loss | G86 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | ZER | [17] |
| Model of inlet pressure loss | BX96 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 2081 | [19] |
| Model of lineic pressure loss | BX99 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 2081 | [19] |
| Model of outlet pressure loss | BX101 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 2081 | [19] |
| General model for the flow acoustic power | BX106 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 2081e* | [20] |
| Model of thermodynamic correction | BX107 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | ZER | [21] |
| Model of spectral correction | BX108 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 2081e | [22] |
Principaux résultats de la simulation avec le module 1 du logiciel SILDIS®
Niveau de puissance acoustique avec silencieux 127.8 dB(A), après considération du bruit dû à la regénération qui limite l'atténuation des sons
Perte d'insertion dynamique du silencieux 9.3 dB(A)
Perte de pression totale du silencieux 102 Pa
Résultats: captures d’écran de la feuille de calcul [in-out CODIS4] (COmputation of DISsipative silencers) du Module 1 du logiciel SILDIS®
Acoustique
Dans ce qui suit, les indicateurs de performance affichés sont liés par les formules Di’ = Da.L + Dc + Dr ; Lw1 = 10 * log [10^ (0.1 * (Lw0 – Di’)) + 10^ (0.1 * Lw)] ; Di = Lw1 - Lw0
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Résultat de la simulation de la performance acoustique d'un silencieux circulaire/annulaire avec le logiciel SILDIS® |
Aerodynamique/aéraulique
Dans ce qui suit, les indicateurs de performance affichés sont liés par les relations Δpt = ζf * 0.5 * ϱ * (Vf) 2 = ζp * 0.5 * ϱ * (Vp) 2 avec ϱ = masse volumique (kg/m3), Vf = vitesse frontale (m/s), Vp = vitesse de passage (m/s)
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Résultat de la simulation de la performance aérodynamique d'un silencieux circulaire/annulaire avec le logiciel SILDIS® |
Remarques concernant les performances d'un silencieux circulaire/annulaire simulées avec le Module 1 du logiciel SILDIS®
Les données d'entrée et les résultats affichés dans les sections précédentes correspondent à la version du module 1 du logiciel SILDIS® généralement commercialisée. Certaines cellules (par exemple, la sélection d'un modèle pour différentes étapes de calcul) sont préremplies par défaut avec des valeurs robustes (que l'utilisateur peut modifier) pour le montage du silencieux considéré. Afin de limiter les questions des utilisateurs qui ne seraient pas familiarisés avec certaines données d'entrée (ce vis à vis de quoi le manuel d'utilisation pourrait leur être utile), il est possible de restreindre les fonctionnalités du logiciel en empêchant la modification de certains paramètres pour différentes étapes des calculs (dans une mesure variable selon les applications prévues), afin de simplifier et d'accélérer encore davantage les dimensionnements avec SILDIS®.
Le Module 1 du logiciel SILDIS® permet de prédire les performances des silencieux circulaires/annulaires dissipatifs:
- sans obligatoirement avoir recours à l'anglais: le français peut être utilisé (y compris pour la saisie des données)
- avec une conformité possible avec la méthodologie de certaines associations d'ingénieurs (en sélectionnant les modèles appropriés dans les menus déroulants du logiciel)
- avec une comparabilité possible avec certaines normes de mesure en laboratoire, par exemple 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 (en sélectionnant les modèles appropriés dans les menus déroulants du logiciel)
- en moins de 10 minutes, d'une manière similaire au dimensionnement de silencieux avec une section rectangulaire pour lequel une vidéo de démonstration est disponible par ailleurs[1]
Le Module 1 du logiciel SILDIS® permet également la modélisation de silencieux dans des cas parfois beaucoup plus exigeants que l'exemple mentionné précédemment, car certains contextes industriels peuvent impliquer:
- des conditions de service plus complexes, par exemple une température et une pression accrues, une vitesse de fluide plus élevée dans les conduits et tuyauteries, le fluide n'étant pas de l'air sec
- un matériau absorbant le son autre qu'une laine de roche (e.g. une laine de verre, une aine de polyester, une mousse de différents types), avec éventuellement une modélisation plus sophistiquée du comportement acoustique au-delà de la seule considération de la résistivité, par exemple en prenant en compte la porosité, la tortuosité, les longueurs caractéristiques thermiques et visqueuses (des bibliothèques sont disponibles dans certaines versions du logiciel)
- une structure acoustique plus complexe pour le garnissage absorbant les sons avec des tôles perforées (en prenant en compte l'effet de l'écoulement rasant en cas de nombre de Mach élevé, et l'effet des niveaux sonores élevés, très importants dans le cas des panneaux micro-perforés - l'acronyme anglais est MPP - c'est-à-dire avec des perforations submillimétriques), avec des résonateurs de Helmholtz (c'est-à-dire avec des cavités), avec des matériaux absorbants les sons différents pour le revêtement périphérique et pour le séparateur central
- avec d'autres géométries, par exemple sans séparateur central, sans revêtement périphérique (facilitant parfois l'atténuation du bruit au moyen de cartouches absorbant les sons grutées dans des conduits de cheminées), avec une section transversale rectangulaire, avec des baffles séparateurs en forme de sapin; s'agissant de silencieux avec une section circulaire, il est également possible de dimensionner des silencieux diisipatifs avec des garnissages absorbants les sons sous la forme d'anneaux concentriques
Par ailleurs, en annulant l'épaisseur/l'admittance de l'un ou l'autre des absorbeurs acoustiques considérés ci-dessus pour le revêtement absorbant les sons périphérique et pour le séparateur central pour le montage C1A, on peut calculer (respectivement) une cartouche (unique) de réduction du bruit pour cheminée ou un simple silencieux coaxial (à passage direct). Pour un tel silencieux avec section circulaire sans séparateur central (i.e. si d2=0 avec la notation mentionnée plus haut), l'évaluation de la performance acoustique est possible soit avec le Terminal 2 du logiciel - se rapportant au montage C0 - (cf. exemple 1.2.3 dans le manuel d'utilisation), soit avec le Terminal 4 utilisé pour le présent exemple de calcul, les données de sortie de ce dernier étant basées sur l'usage de fonctions de Bessel e.g. pour le calcul de l'impédance de surface d'un revêtement absorbant les sons curviligne, tout comme celles du Terminal 3 couvrant exclusivement la géométrie d'un silencieux circulaire à passage direct (montage C0A).
Avec le Module 1 du logiciel SILDIS®, la résolution de l'équation de propagation du son dans les voies d'air du silencieux et dans le garnissage absorbant les sons/séparateur central au moyen d'une méthode analytique est à la base de la simulation de la perte par propagation - composante fondamentale de la performance acoustique -; de ce fait, aucune des limitations souvent associées à d'autres approches ne constitue un obstacle. Des essais en laboratoire - basent via des régressions paramétriques - la prévision de la perte de pression totale).
Pour en revenir au montage C1A i.e. pour un silencieux circulaire annulaire, comme modélisé dans le contexte du présent exemple de calcul, les applications sont nombreuses:
- dans le secteur du bâtiment e.g. installations d'air conditionné, pour lesquelles les réseaux sont souvent avec une section circulaire, au moins pour les tronçons les plus en aval: un tel dispositif de réduction du bruit est facile à installer, et procure - avec un coût de fabrication modéré - un bon compromis entre la performance aéraulique - sans laquelle l'efficacité d'une installation de Chauffage Ventilation Climatisation - CVC - serait impactée négativement - et la performance acoustique - sans laquelle il n'y a pas de confort sonore dans les bâtiments -
- dans l'industrie (à la fois vis-à-vis d'objectifs de conditions de travail décentes et d'abence de gêne sonore pour des riverains):
- dans des réseaux aérauliques ou assimilés e.g. silencieux d'échappement de moteurs thermiques, de turbines à gaz de petite capacité, insonorisation de cheminées pour des procédés variés
- dans des réseaux de fluides sous pression en tout genres
Ainsi, le Module 1 du logiciel SILDIS® permet, à l'aide d'un simple classeur Excel et d'une saisie de données unique, de calculer - en combinant différents modèles - la performance aéraulique et acoustique de silencieux. Outre la perte d'insertion (c'est-à-dire la perte par transmission avec une impédance d'entrée infinie et une terminaison anéchoïque), ce module prend également en compte une correction de by-pass (reflétant le fait que la performance d'un silencieux de 4 mètres de long n'est pas quatre fois celle d'un silencieux de 1 mètre de long), ainsi que le bruit lié à l'écoulement (ou bruit régénéré).
En fait, la combinaison de telles fonctionnalités fait du logiciel SILDIS® un outil de dimensionnement exceptionnel, notamment grâce à ses nombreuses autres atouts:
- le module 1 du logiciel SILDIS® évite les tâches souvent fastidieuses (complexes, délicates, chronophages et coûteuses) associées à d’autres stratégies de prévision de la performance de silencieux, offrant ainsi plusieurs avantages (grâce à l’approche basée sur le remplissage de cellules de tableur Excel avec des valeurs numériques et/ou la sélection de modèles dans des menus déroulants):
- aucune condition préalable requise pour l’utilisateur
- formation légère, la prise en main étant facile après une brève session d’assistance initiale
- aucune nécessité d’importer ou de créer la géométrie du silencieux, grâce à la configuration paramétrique programmée
- aucune nécessité de réaliser un maillage
- le temps de calcul ne se compte pas en heures, ni même en minutes (étant le même pour un petit ou un grand silencieux)
- dans certaines versions du logiciel, le choix des matériaux peut se faire (via un menu déroulant) parmi une bibliothèque intégrée:
- pour les milieux poreux (laine de roche, laine de verre, laine de basalt, laine de polyester et fibres céramiques de différentes densités, dont la résistivité à l’écoulement, la porosité, la tortuosité et les longueurs caractéristiques visqueuse et thermique sont enregistrées à partir de mesures en laboratoire, également avec une référence BYO - Bring Your Own - permettant à l’utilisateur de saisir librement les paramètres)
- pour les surfaçages en série (volie de verre, tissu dont la résistance à l’écoulement d’air et la masse surfacique sont enregistrées à partir de mesures en laboratoire, également avec une référence BYO - Bring Your Own - permettant à l’utilisateur de saisir librement les paramètres)
- pour les protections perforées (perforations circulaires de différents diamètres et pourcentage de vide, également avec une référence BYO - Bring Your Own - permettant à l’utilisateur de saisir librement les paramètres)
- l’investissement initial se limite à une seule licence (multi-utilisateurs) avec une assistance à la prise en main; aucun coût supplémentaire n'est à prévoir pour les années suivantes, sauf pour une assistance avancée en cas de besoin, quelle qu'en soit la raison.
- le coût de la licence est tel que même une utilisation occasionnelle suffit à rentabiliser rapidement l'investissement, d'autant plus lorsqu'il s'agit d'un logiciel fournissant, par exemple en cas d'exécutions multiples, des prévisions de performances du silencieux qui seraient plus coûteuses à obtenir autrement (en supposant qu'elles soient alors aussi complètes et fiables ?).
De plus, ne peuvent pas être comparé à SILDIS® des outils qui renvoient, en réponse à une requête de sélection, la performance stockée dans une base de données - comme celles de certains fabricants de silencieux - (ou une interpolation de ces données), basées sur des mesures (parfois effectuées il y a fort longtemps avec des matériaux de garnissage mal documentés ou des matériaux dont les propriétés ont été modifiées par des changements dans leurs méthodes de fabrication, faisant rarement la distinction entre la présence ou l'absence de surfaçage, de tissu ou de tôle perforée) pour un nombre limité de configurations géométriques et qui ne sont valables que pour de l'air dans des conditions de laboratoire (la vitesse de l'air étant en général si faible que la direction du flux - par rapport à celle de la propagation des ondes sonores - n'est pas prise en compte).
Le Module 1 du logiciel SILDIS® (basé sur Excel) est le fruit de plusieurs décennies de développement et de validation (conformes aux exigences de la norme ISO 9001 relative aux systèmes de management de la qualité) dans le domaine de l'acoustique (avec une spécialisation dans la propagation et la transmission du son dans les conduits et les structures multicouches) et de l'aérodynamique. Son élaboration repose sur une approche humaine combinant théorie et pratique, à partir de résultats de mesures obtenus en laboratoire ou in situ. Cet outil polyvalent, convivial et fiable permet de dimensionner les silencieux dissipatifs/résonants dans tous les contextes: des cas les plus simples (circuits de ventilation/climatisation avec conditions thermodynamiques ambiantes) aux applications industrielles les plus exigeantes, e.g. dans le secteur de la production d'énergie ou pour des bancs d'essai (des personnalisations sont possibles pour une solution sur mesure, même pour les utilisateurs non spécialisés).
Programmation, marketing, formation et assistance téléphonique sont assurés par une seule structure: Isolation Technologie Services (ITS). Disponible avec une licence quasi perpétuelle (100 ans), le Module 1 du logiciel SILDIS® est indispensable pour quiconque est impliqué dans l'isolation acoustique/linsonorisation, pour les études d'ingénierie ainsi que pour la Recherche et le Développement (e.g. fabricants et intégrateurs de silencieux, sociétés d'études, bureaux de consultants en acoustique et architectes).
[1] Acoustique et aéraulique – 9 minutes suffisent pour le calcul complet d’un silencieux avec le logiciel SILDIS® : la preuve en vidéo