Le logiciel SILDIS® (au format Excel) permet la modélisation acoustique et aérodynamique d'un silencieux dissipatif circulaire sans séparateur central absorbant les sons, ce qu'illustre une étude de cas (référencée 1.4.2b dans le Manuel de l'utilisateur). Dans une telle configuration:
- la structure acoustique est multicouche, composée d'un matériau poreux central (e.g. laine minérale ou de polyester) et éventuellement d'un revêtement de surface (voile ou tissu) ou d'une couche de protection perforée
- le dispositif se compose essentiellement d'un revêtement absorbant périphérique (dont le diamètre intérieur correspond à celui des conduits circulaires amont et aval)
La perte de pression totale d'un tel dispositif de réduction du bruit est très faible en raison de l'absence d'obstacle (seules la rugosité du revêtement et sa longueur interviennent dans la résistance à l'écoulement).
Enoncé du problème (application envisagée relative au calcul d'un silencieux circulaire sans séparateur central absorbant les sons à l'aide du logiciel SILDIS®)
On souhaite calculer la performance acoustique et aéraulique d'un silencieux dissipatif de section circulaire, pour lequel la section des conduits en amont et en aval (avant et après le silencieux) diffère de la section hors-tout du silencieux (diamètre hors tout D0 = 1400 mm [1]) ; le silencieux comporte une couche absorbante interne d'épaisseur d = d1 = 100 mm [5], constituée d'un matériau absorbant homogène (référence BYOb dans la base de données SILDIS® pour les milieux poreux, modélisé comme de la laine de roche selon le modèle M76 [8]) présentant une résistivité au flux de 12,5 kN·s/m⁴ [7], ainsi qu'un revêtement [9] d'épaisseur d’1 = 0,05 mm [10] (référence BYO, résistance au passage de l'air 30 N·s/m³, masse surfacique de 0,090 kg/m² [11] issue de la base de données SILDIS® pour les surfaçages) sans protection perforée [12]. Le silencieux est destiné à fonctionner avec un débit d'air de 24,1 kg/s [13] à 20 °C [14] et sous une pression de 101 325 Pa [15]. Il est choisi de prendre en compte une limitation de la perte par propagation pour L > 1 m via le modèle FRO [16] et d'inclure la perte par réflexion via le modèle ZER [17]. Le spectre de référence retenu est de type « bruit rose » avec un niveau de puissance acoustique de 130 dB/octave [18]. Une rugosité de revêtement de 1 mm [19] est prise en compte. Il est choisi d'évaluer le bruit propre du silencieux selon la méthode impliquant le modèle général 3733c* [20], le modèle de correction thermodynamique ZER [21] et le modèle de correction spectrale 3733e [22]. La langue utilisée est le français [23].
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Coupe transversale d'un silencieux circulaire sans séparateur central absorbant les sons - montage C0 - (d = épaisseur du revêtement acoustique périphérique, 2a = diamètre intérieur i.e. diamètre de raccordement, D0 = 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 crochets 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 (milieu poreux) | J21 | Sélectionner une référence (matériau dans une liste) | BYOb | [7] |
| Résisitivité (Nsm-4) | M22 | Entrer un nombre réel | 12500 | [7] |
| Modèle général (milieu poreux) | J27 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | M76 | [8] |
| Epaisseur (milieu poreux) (m) | J56 | Entrer un nombre réel positif | 0.09995 | [5]&[10] |
| 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 | Sélectionner 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) (m) | AB27 | Entrer un nombre réel positif | 0.00005 | [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 | Cell for input | Foreseen action | Input | See placemark / comment |
| Montage C0 pour avoir D0 (m) | BB33 | Entrer un nombre réel positif | 1.400 | [1] |
| h (m) | D34 | Entrer un nombre réel positif | =BB34 i.e. 0.53174 | [6] |
| Débit massique (kg/s) | D66 | Entrer un nombre réel positif | 24.1 | [13] |
| Largeur B (m) | D72 | Entrer un nombre réel positif | =BC72 i.e. 1.15917 | [1] |
| Hauteur H (m) | D73 | Entrer un nombre réel positif | =BC73 i.e. 1.15917 | [1] |
| Longueur L (m) | D74 | Entrer un nombre réel positif | 1.5 | [3] |
| Modèle de correction de by-pass pour L>1m | F83 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | FRO1 | [16] |
| Modèle de perte par réflexion | G86 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | ZER | [17] |
| Rugosité du revêtement | F102 | Entrer un nombre réel positif | 0.001 | [19'] |
| Modèle général de puissance acoustique de l'écoulement | BD106 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 3733c* | [20] |
| Modèle de correction thermodynamique | BD107 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | ZER | [21] |
| Modèle de correction spectrale | BD108 | Sélectionner un modèle (dans une liste) | 3733c | [22] |
Principaux résultats de la simulation avec le Module 1 du logiciel SILDIS®
Niveau de puissance acoustique avec silencieux 136.1 dB(A), après considération du bruit dû à la regénération qui limite l'atténuation des sons
Perte d'insertion dynamique du silencieux 1.0 dB(A)
Perte de pression totale du silencieux 4 Pa
On constate que la performance acoustique globale (en considérant la plage de fréquences complète de 20 Hz à 20 kHz) est très limitée pour le cas d'étude envisagé. L'intérêt principal de ce type de silencieux réside dans son efficacité dans la bande d'octave centrée sur 250 Hz, et plus particulièrement dans les bandes de tiers d'octave centrées sur 315 Hz et 400 Hz, où la perte par insertion (en l'absence de bruit d'écoulement) atteint respectivement 14,0 dB et 15,1 dB. Si nécessaire, il serait possible d'obtenir une performance accrue et/ou de décaler la fréquence d'efficacité maximale en augmentant l'épaisseur ou en modifiant la résistivité au flux du matériau absorbant; toutefois, il ne faut pas s'attendre à une efficacité significative aux hautes fréquences avec un dispositif d'atténuation acoustique à passage direct présentant une dimension transversale (diamètre intérieur) aussi importante.
Résultats: captures d’écran de la feuille de calcul [in-out CODIS2] (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 modélisation de la performance acoustique d'un silencieux dissipatif circulaire sans séparateur absorbant les sons à l'aide du logiciel SILDIS® |
Aérodynamique/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 modélisation de la performance aéraulique/aérodynamique d'un silencieux dissipatif circulaire sans séparateur absorbant les sons à l'aide du logiciel SILDIS® |
-silencieux-dissipatif-circulaire-sans-separateur.jpg)
Remarques concernant les performances d'un silencieux circulaire (sans séparateur central absorbant les sons) 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, ainsi qu'une formation dédiée), 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 de silencieux circulaires sans séparateur central (i.e. à passage direct) absorbant les sons:
- 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 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 laine 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 e.g. lorsque le taux de perforation est trop faible pour que son influence puisse être négligée (comme dans le cas d'étude examiné ci-dessus)
- d'autres géométries, e.g. avec un séparateur central (avec ou sans revêtement périphérique), une section carrée ou rectangulaire (avec des baffles séparateurs ordinaires ou en forme de sapin); pour les silencieux dissipatifs à section circulaire, il est également possible d'envisager des géométries comportant des revêtements absorbants sous forme d'anneaux concentriques
Pour l'étude de cas considérée, il a été fait appel au Terminal 2 du Module 1 du logiciel - relatif au montage C0 - dont les résultats sont extrapolés à partir de la propagation acoustique entre surfaces planes en vis-à-vis telle qu'envisagée dans le Terminal 1 du même module du logiciel, alors que le Terminal 3 du même module du logiciel - relatif au montage C0A - aurait également convenu, basé alors sur l'utilisation de fonctions de Bessel e.g. pour le calcul de l'impédance de surface du revêtement absorbant curviligne. Une bonne concordance est observée entre les deux approches lorsque le diamètre du silencieux est suffisamment grand; dans le cas contraire, le Terminal 3 - se rapportant au montage C0A - développé plus récemment, bien qu'il y a déjà assez longtemps - est préférable, à moins que les dimensions ne soient telles que le calcul des fonctions de Bessel pose problème du fait d'un très grand argument complexe (des évaluations asymptotiques étant alors toujours possibles avec le logiciel SILDIS®).
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 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 des autres indicateurs de performance e.g. la correction de by-pass (contournement), le bruit propre et la perte de pression totale).
Synthèse de la méthodologie utilisée pour l'évaluation des indicateurs de la performance acoustique et aérodynamique de silencieux dissipatifs sans séparateur central absorbant les sons avec le Module 1 du logiciel SILDIS®
| Indicateur de performance | Perte par propagation Da.L | Correction de by-pass Dc | Perte par réflexion Dr | Bruit d'écoulement Lw | Perte de pression totale Δpt |
| Méthodologie | Analytique | Régression basée sur des mesurages | Non applicable si la section transversale du silencieux correspondant au diamètre de raccordement est égale à celle des sections de conduit en amont et en aval | Régression basée sur des mesurages | Régression basée sur des mesurages |
Un silencieux dissipatif circulaire sans corps central n'est pas nécessairement utilisé seul, surtout lorsque ses performances sont insuffisantes au regard de l'objectif d'insonorisation d'un projet donné. Il convient de noter que certaines données de sortie du Module 1 du logiciel SILDIS® (à savoir le nombre d'onde compexe dans la voie d'air/galerie) peuvent servir de données d'entrée pour le Module 1B si l'on envisage d'intégrer une chambre dissipative au sein d'une cascade d'éléments acoustiques formant un silencieux par ailleurs réactif. Cela vaut aussi bien pour le montage C0 (silencieux circulaire sans ogive, tel qu'envisagé dans la présente étude de cas) que pour le montage C1A (silencieux circulaire avec ogive) ou le montage R (silencieux rectangulaire); les possibilités de combinaisons visant à accroître les performances acoustiques sont donc nombreuses, d'autant plus que le Module 1B permet d'intégrer de 1 à 3 chambres d'expansion, chacune pouvant être soit purement dissipative, soit réactive.
Pour en revenir au montage C0 - c'est-à-dire pour un silencieux dissipatif circulaire sans élément central absorbant les sons, tel que modélisé dans cette étude de cas - les applications sont variées. En effet, ce type de dispositif de réduction du bruit est facile à fabriquer (et donc peu coûteux) et simple à installer. La très faible perte de pression totale qu'il occasionne le rend adapté à de nombreuses installations où une perte de charge plus élevée (comme celle induite par des silencieux rectangulaires à baffles ou des silencieux annulaires, c'est-à-dire circulaires avec séparateur central) serait inacceptable pour l'efficacité du système (qui repose sur la circulation d'un débit spécifique ne devant pas être réduit par des obstacles tels que des baffles ou des ogives acoustiques):
- dans le secteur du bâtiment, e.g. pour les systèmes de CVC (Chauffage, Ventilation et Climatisation), où les conduits présentent souvent une section circulaire, du moins pour les tronçons situés le plus en aval
- dans l'industrie (tant pour protéger les travailleurs des risques auditifs que pour préserver le voisinage des nuisances sonores):
- dans les conduits d'air ou systèmes similaires, y compris pour l'insonorisation de cheminées liées à divers procédés (ainsi que pour certaines sections de lignes d'échappement)
- dans les réseaux de fluides sous pression de toutes sortes
- ailleurs aussi e.g. pour la réduction du bruit des ventilateurs de renouvellement d'air de tunnels routiers
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 dissipatifs circulaires à passage direct. 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 5 mètres de long n'est pas cinq 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 de valeur, 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 (voile 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 (des perforations e.g. circulaires de différents diamètres avec différents pourcentages de vide sont enregistrées, 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 circulaires sans (ou d'ailleurs: avec) séparateur central absorbant les sons 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