Le logiciel SILDIS® (au format Excel) permet le calcul de la performance acoustique & aérodynamique d'un silencieux à baffles rectangulaire, comme illustré par une étude de cas relative à un réseau de climatisation (exemple 1.4.1 du manuel d'utilisation). Il s'agit d'un dispositif permettant de limiter la propagation du son au travers d'un conduit ou d'une ouverture, en s'opposant le moins possible au pssage du fluide transporté, avec un revêtement absorbant les sons:
- qui est une structure acoustique multicouche, combinant matériaux poreux (e.g. laine, mousse), surfaçages et protections perforées
- qui se présente sous la forme d'éléments parallélépipédiques, parallèles entre eux, et dont une des dimensions transversales est égale à une dimensions de la section droite de l'enveloppe du silencieux
Enoncé du problème (application envisagée se rapportant au calcul d'un silencieux à baffles rectangulaire avec le logiciel SILDIS®)
On souhaite calculer la performance acoustique et aérodynamique d'un silencieux dissipatif de section rectangulaire (largeur B=1200 mm [1], hauteur H=2000 mm [2], longueur L=1500 mm [3]), comportant des baffles séparateurs à bords rectangulaires [4] avec une épaisseur de baffle séparateur central 2d=200 mm [5] avec un taux de passage 50 % [6] constitué d'un absorbeur homogène dans les directions parallèles et perpendiculaires à sa surface, ayant la référence BYOb (résistivité 12.5 kNsm-4) [7] dans la base de données de milieux poreux de SILDIS®, modélisé comme de la laine de roche avec le modèle M76 [8] avec un surfacage [9] d'épaisseur d'1=5/100 mm [10] ayant la référence BYO (résistance au passage de l'air 30 Nsm-3, masse surfacique 90 g/m2)[11] dans la base de données des surfaçages en série de SILDIS® sans protection perforée [12]. Il est prévu d'utiliser le silencieux avec un débit d'air de 24,1 kg/s [13] à 20 °C [14] et à une pression de 101 325 Pa [15]. Il est décidé de prendre en compte une limitation des pertes par propagation pour L > 1 m avec le modèle FRO1 [16] et les pertes par réflexion avec le modèle MUL [17]. Le spectre de référence est supposé être de type « bruit rose » avec un niveau de puissance acoustique de 130 dB/octave [18]. La perte de charge totale est calculée avec le modèle FRO [19]. Le bruit propre du silencieux est calculé selon le modèle général 2081e* [20], le modèle de correction thermodynamique ZER [21] et le modèle de correction spectrale 2081e [22]. La langue utilisée est le français [23].
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Section rectangulaire d'un silencieux dissipatif avec baffles séparateurs (h=voie d'air d'extérimité, 2h = voie d'air centrale, 2d=épaisseur des baffles séaparateurs absorbant les sons, B=largeur de la section du conduit, H=hauteur de la section du conduit) |
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 |
| Langue | 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 (milieu poreux) | J21 | Choisir une référence (matériau dans une liste) | BYOb | [7] |
| Resistivité (Nsm-4) | M22 | Enter un nombre réel | 12500 | [7] |
| Modèle général (milieu poreux) | J27 | Choisir un modèle (dans une liste) | M76 | [8] |
| Epaisseur (milieu poreux) (m) | J56 | Entrer un nombre réel positif | 9.995E-2 | [5]&[9] |
| Prise en compte de la protection perforée en série (0/1) | J125 | Pour NON entrer 0, pour OUI entrer 1 | 0 | [12] |
| Référence (surfaçage en série) | AB21 | Choisir une référence (matériau dans une liste) | BYO | [11] |
| Résistance au passage de l'air (Nsm-3) | AD22 | Entrer un nombre réel positif | 30 | [11] |
| Masse surfacique (kg/m2) | AD23 | Entrer un nombre réel positif | 90 | [11] |
| Prise en compte du surfaçage en série (0/1) | AB26 | Pour NON entrer 0, pour OUI entrer 1 | 1 | [9] |
| Epaisseur (surfaçage en série) | AB27 | Entrer un nombre réel positif | 0.00005 | [10] |
| Lw0 (dB ref. 1pW) | C163 to L163 | Entrer un nombre réel positif pour le nuiveau 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 |
| h/(d+h) | N33 | Entrer un nombre réel positif <1 | 0.5 | [6] |
| Demi voie d’air (m) | D34 | Entrer un nombre réel positif | =N34 i.e. 0.1 | [6] |
| Débit massique (kg/s) | D66 | Entrer un nombre réel | 24.1 | [13] |
| Largeur B (m) | D72 | Entrer un nombre réel positif | 1.2 | [1] |
| Hauteur H (m) | D73 | Entrer un nombre réel positif | 2 | [2] |
| Longueur L (m) | D74 | Entrer un nombre réel positif | 1.5 | [3] |
| Modèle de correction de by-pass pour L>1m | F83 | Choisir un modèle (dans une liste) | FRO1 | [16] |
| Modèle de perte par réflexion | G86 | Choisir un modèle (dans une liste) | MUL | [17] |
| Aerodynamique amont | D95 | Choisir un modèle (dans une liste) | R | [4] |
| Aerodynamique aval | D96 | Choisir un modèle (dans une liste) | R | [4] |
| Modèle de friction (perte de charge linéique) | D98 | Choisir un modèle (dans une liste) | FRO | [19] |
| Modèle de perte de pression totale | T104 | Choisir un modèle (dans une liste) | FRO | [19] |
| Modèle général de puissance acoustique de l’écoulement | T106 | Choisir un modèle (dans une liste) | 2081e* | [20] |
| Modèle de correction thermodynamique | T107 | Choisir un modèle (dans une liste) | ZER | [21] |
| Modèle de correction spectrale | T108 | Choisir 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 125.1 dB(A), après considération du bruit dû à la regénération qui limite l'atténuation des sons
Perte d'insertion dynamique du silencieux 12.0 dB(A)
Perte de pression totale du silencieux 120 Pa
Résultats: captures d’écran de la feuille de calcul [in-out CODIS1] (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 à baffles séparateurs de section rectangulaire 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 aéraulique/aérodynamique d'un silencieux à baffles séparateurs de section rectangulaire avec le logiciel SILDIS® |
Remarques concernant les performances d'un silencieux dissipatif à baffles séparateurs simulées avec le Module 1 du logiciel SILDIS®
Les données d'entrée et les données de sortie (résultats de simulation) ci-dessus sont ceux de la version du Module 1 du logiciel SILDIS® ordinairement commercialisée; certaines cellules (e.g. choix de modèles pour différentes étapes des calculs) sont pré-remplies par défaut avec des sélections robustes (pouvant être modifiées par l'utilisateur) pour le montage de silencieux considéré. En vue de limiter les questions d'utilisateurs possiblement peu expérimentés en relation avec les données d'entrée à considérer (des explications étant fournies dans le manuel d'utilisation), il est possible de restreindre les fonctionalités du progiciel en fixant (au lieu qu'elles soient variables) certaines données d'entrée/certains modèles pour différentes étapes des calculs (selon les applications), de manière à simplifier encore l'utilisation.
Le Module 1 du logiciel SILDIS® permet d'obtenir des résultats de la prévision de la performance de silencieux dissipatifs à baffles séparateurs:
- sans nécessairement utiliser l'anglais: l'utilisation du français est possible (y compris pour la saisie des données)
- avec une perte de pression totale qui peut être réduite lorsque l'on considère une géométrie arrondie (en demi-cercle) ou rectangulaire sans angles vifs pour les extrémités amont et/ou aval des baffles séparateurs, ou lorsqu'on considère une géométrie profilée pour l'extrémité aval des baffles séparateurs
- qui peuvent être en conformité avec les méthodes de calcul utilisées par certaines associations d'ingénieurs (en sélectionnant les modèles appropriés dans les menus déroulants du logiciel)
- qui peuvent être comparables à 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)
- qui peuvent être obtenus en 9 minutes seulement, temps de saisie des données d'entrée compris (cf. tutoriel dont le lien est en bas de la présente publication)
Le Module 1 du logiciel SILDIS® permet également de prédire les performances de silencieux pour des études de cas plus complexes, comme ceux rencontrés pour certaines applications industrielles:
- conditions de service plus sévères (température, pression et vitesse du fluide dans les voies d'air accrues, fluide autre que de l'air sec)
- matériaux absorbants autres que la laine de roche (laine de verre, laine de polyester, mousses diverses, etc.)
- modélisation plus sophistiquée du comportement acoustique au-delà de la seule considération de la résistivité (porosité, tortuosité, longueurs caractéristiques thermique et visqueuse, avec des bibliothèques disponibles dans certaines versions du logiciel)
- structures acoustiques plus complexes pour le garnissage absorbant avec des plaques perforées (éventuellement: en prenant en compte l'effet du flux rasant en cas de valeur élevée du nombre de Mach, et l'effet de niveaux sonores élevés qui sont très importants dans le cas de panneaux microperforés - l'acronyme anglais est MPP - i.e. avec des perçages sub-millimétriques), avec des résonateurs de Helmholtz (c'est-à-dire avec des cavités), avec des membranes flexibles superficielles ou internes (pour effet de résonance), avec un remplissage stratifié (combinant plusieurs couches de milieux poreux dans chaque baffle séparateur), avec un revêtement absorbant les sons asymétrique (constitution des baffles séparateurs non unique)
- avec des hypothèses différentes pour la propagation du son dans les milieux poreux, e.g. pour un absorbeur à réaction locale ou anisotrope (outre l'absorbeur homogène considéré en général)
- avec d'autres géométries, e.g. avec une section transversale circulaire (avec ou sans séparateur central/revêtements absorbant les sons annulaires concentriques), avec des baffles séparateurs en forme de sapin
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/baffles séparateurs au moyen d'une méthode analytique est à la base de la simulation de la perte par propagation - composante fondamentale de la performance acoustique -, ainsi que de la perte par réflexion avec certains des modèles implémentés; de ce fait, aucune des limitations souvent associées à d'autres approches ne constitue un obstacle. Les régressions basées sur un large éventail de mesures de la perte par réflexion avec certains des modèles implémentés, et de la correction de contournement, permettent une très bonne concordance avec les résultats des essais en laboratoire (ces derniers servant également - basant des régressions paramétriques - la prévision de la perte de pression totale).
Pour en revenir aux silencieux de section rectangulaire à baffles séparateurs, comme modélisés dans le contexte du présent exemple de calcul, les applications sont nombreuses:
- dans le secteur du bâtiment e.g. installations d'air conditionné, notamment pour les tronçons installés au plus près des Centrales de Traitement d'air (CTA), pour la ventilation de locaux techniques (salles des machines, groupes électrogènes, etc. ) et pour des équipements bruyants tels que des aérocondenseurs
- dans l'industrie (à la fois pour respecter la réglementation sur le bruit aux travail et celle se rapportant à la prévention des nuisances sonores dans l'environnement) e.g. installations de ventilation (bâtiments ou encoffrements de machines), de dépoussiérage et aspiration/refoulement de ventlilateurs, admissions d'air/échappement de turbomachines, de bancs d'essais
Ainsi, le Module 1 du logiciel SILDIS® permet avec un classeur Excel unique, et avec une seule saisie de données, de calculer - en ayant recours à différents modèles - la perfomance aérodynamique et la performance acoustique de silencieux, cette dernière ne se limitant pas à la perte d'insertion (perte par transmission avec impédance d'entrée infinie & terminaison anéchoïque), mais incluant (ce qui n'est pas courant pour le dimensionnement de silencieux à baffles séparateurs de section rectangulaire) le calcul de la perte par réflexion - liée au changement de section à l'entrée et à la sortie - et d'une correction de by-pass (pour tenir compte du fait que la performance d'un silencieux de longueur 3 mètres n'est pas 3 fois celle d'un silencieux de longueur 1 mètre) en plus du calcul du bruit propre (dû à l'écoulement).
En fait, la combinaison de telles fonctionalités fait du progiciel SILDIS® - à tout le moins - une rareté, a fortiori lorsque les possibilités de simulation offertes s'accompagnent de nombreux autres points forts :
- le Module 1 du logiciel SILDIS® évite les tâches souvent fastidieuses (complexes, délicates, longues, coûteuses) associées à d'autres moyens de calculs, vis à vis desquels il dispose ainsi de différents avantages (en relation avec le fait que l'utilisation consiste exclusivement à remplir les cellules d'un tableau excel avec des valeurs numériques et/ou à choisir des modèles dans des menus déroulants):
- pas de pré-requis particulier pour l'utilisateur
- nul besoin pour l'utilisateur d'une formation lourde, la prise en mains étant aisée au terme d'une assistance initiale ultra-rapide
- nul besoin d'importer, ou de créer la géométrie du silencieux, cette dernière étant simplement à paramétrer en sélectionnant des dimensions
- nul besoin de maillage
- le temps de calcul ne se compte pas en heures, ni même en minutes
- 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 de base est limité en tout et pour tous à une seule licence (multiposte) avec assistance initiale pour la prise en mains (une assistance avancée étant proposée en option), sans coûts annuels ultérieurs
- le coût de la licence est tel que pour son amortissement un usage même occasionnel est suffisant, a fortiori lorsqu'il s'agit d'un progiciel fournissant - notamment pour des études paramétriques - des évaluations de performances de silencieux dont l'obtention autrement serait plus onéreuse (à supposer qu'elles soient alors aussi complètes et fiables ?)
Par ailleurs, le progiciel n'a rien à voir avec un outil renvoyant, en guise de réponse à une requête de sélection, la performance stockée dans une base de données - comme en disposent certains fabricants de silencieux - (ou une interpolation de telles données), basée sur des mesurages (parfois réalisés dans des temps immémoriaux avec des matériaux de garnissage mal documentés ou ayant subi des modifications quant aux propriétés induites par les changements de leurs modalités de fabrication, sans parler du fait qu'il n'est pas fait de différence pour la présence ou non d'un tissu ou d'une tôle perforée) pour des configurations géométriques en nombre limité et qui ne sont valables que pour de l'air aux conditions d'un laboratoire (avec un flux à une vitesse si faible que sa direction - vis à vis de celle de la propagation des ondes sonores - est jugée négligeable).
Le Module 1 du logiciel SILDIS® (basé sur Excel), est le fruit de plusieurs décennies de développement et de validation (dans des conditions 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 transmission sonore dans des conduits et structures multicouches) et de l'aéraulique, par une ressource humaine à même de concilier des considérations théorique et un retour d'expérience du terrain (laboratoires, sites de mesures). C'est un outil polyvalent, convivial et fiable pour le dimensionnement des silencieux dissipatifs/résonants dans tous les contextes: des cas les plus simples (systèmes de ventilation/traitement de l'air 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'essais (des personnalisations sont possibles pour un outil sur mesure, même pour les utilisateurs non spécialisés).
La programmation, la vente, la formation et l'assistance sont assurées par une seule et même entreprise: Isolation Technologie Services (ITS). Bénéficiant d'une licence quasi perpétuelle (100 ans), le Module 1 du logiciel SILDIS® est indispensable à toute personne souhaitant dimensionner des dispositifs d'insonorisation dans le cadre de projets d'isolation acoustique/de contrôle du bruit, pour des études d'ingénierie ainsi que pour la Recherche et le Développement (par exemple, les fabricants ou intégrateurs de silencieux, les sociétés d'ingénierie, les consultants en acoustique et les cabinets d'architectes).