trou noir acoustique

Les trous noirs comme pièges à bruit

Ceux qui vivent dans un bâtiment ancien avec des planchers en bois connaissent le problème : même si les voisins se déplacent avec une élégance gracieuse, on les entend dans son propre appartement comme si l'on vivait sous un jeu de quilles. Même pour les bâtiments en bois les plus modernes, les bruits d'impact représentent un défi. Les scientifiques de l'Empa cherchent une solution.

acoustique des bâtiments en bois. En utilisant une théorie physique des années 1990 et les moyens de la numérisation, une équipe de recherche a développé de nouveaux éléments de plancher en panneaux de bois massif qui disposent de ce que l'on appelle des trous noirs acoustiques. L'idée de départ est venue de Stefan Schoenwald, le directeur du laboratoire d'acoustique du bâtiment de l'Empa à Dübendorf. Depuis sa première publication en 1987, il a rencontré la théorie des trous noirs acoustiques à plusieurs reprises lors de conférences et dans des publications scientifiques. Selon l'auteur russe M.A. Mironov de l'"Andreyev Acoustics Institute" à Moscou, une cavité parabolique dans un matériau peut absorber les vibrations comme le son et les faire résonner - autrement dit : les avaler. Les trous noirs acoustiques ont déjà été utilisés dans des voitures et des avions, et leur effet de réduction du bruit a été confirmé.

Améliorer l'isolation des bruits d'impact dans les constructions en bois

Toutefois, la fabrication de matériaux très fins et durs n'est pas simple. Aucune expérience avec les trous de Mironov n'a jamais été réalisée, que ce soit dans la construction en bois ou dans l'acoustique du bâtiment. Le directeur du laboratoire Stefan Schoenwald et son collègue Sven Vallely font en sorte que cela change. Les deux chercheurs veulent améliorer l'isolation des bruits d'impact dans les constructions en bois grâce à des éléments en bois contreplaqué d'un nouveau genre.

Tout comme il existe des ondes sonores dans l'air, il existe des ondes sonores dans les matériaux, appelées ondes sonores solidiennes. "Lorsque l'on marche sur un sol, c'est comme si l'on jetait une pierre dans un étang : Dans le matériau, des ondes sonores se propagent dans toutes les directions", explique Stefan Schoenwald. Lorsqu'un creux en forme de lentille est fraisé dans le matériau selon une fonction mathématique spécifique, les ondes sonores se propagent dans cette zone. Les amplitudes s'amplifient alors de plus en plus, tandis que la longueur d'onde des vibrations diminue. "Si l'on pouvait rendre les plaques infiniment fines au niveau de ces creux, les ondes sonores s'éteindraient effectivement d'elles-mêmes dans ces 'trous noirs', plus rien ne sortirait donc de la lentille", explique Stefan Schoenwald. La question était toutefois de savoir si l'effet de réduction du son se produisait également en cas de profondeur limitée de l'évidement - car les "épaisseurs de matériau infiniment fines", comme l'exigerait la théorie mathématique, ne sont pas réalisables dans la pratique.

Les trous noirs acoustiques dans les constructions en bois

L'idée d'expérimenter des trous noirs acoustiques dans des constructions en bois est venue à Stefan Schoenwald pendant son travail. Il a demandé à son collègue Sven Vallely de simuler et de calculer l'effet de réduction du bruit sur ordinateur. Afin d'éliminer les doutes statiques, il a demandé à Andrea Frangi, un expert en construction en bois de l'EPF de Zurich, de donner son avis. Non seulement son retour d’information, mais aussi la modélisation de la réduction du bruit sur ordinateur étaient prometteurs. Stefan Schoenwald a donc commandé un prototype et un panneau de contrôle normal dans le même matériau à l'entreprise de construction en bois Strüby AG à Seewen. A l'aide d'une machine CNC, Alex Bellmont, spécialiste de la construction en bois, a fraisé sur mesure la cavité lenticulaire dans un panneau de contreplaqué. "Une telle commande n'est certes pas très difficile, mais elle est d'autant plus passionnante", dit le machiniste, "je n'ai encore jamais fabriqué quelque chose sur lequel on fait ensuite de la recherche".

Les techniques de calcul les plus récentes le permettent

Les deux plaques - l'une avec, l'autre sans trous noirs acoustiques - ont été soumises à une analyse vibratoire à l'Empa. Lors de cette mesure, le son est envoyé sous forme de vibration dans le corps d'essai sur l'ensemble du spectre sonore pertinent. Un laser mesure la vibration des plaques d'essai à plusieurs endroits sous forme de grille. Les valeurs mesurées permettent ensuite de calculer comment la vibration se déplace à travers la plaque - et de savoir si les creux fraisés "capturent" réellement le son et le laissent se dissiper sous forme de chaleur.

Il y a dix ans encore, une telle série d'essais n'aurait pas été réalisable. La modélisation de la vibration d'une petite bande passante était déjà une thèse de doctorat du point de vue de l'effort de calcul. Aujourd'hui, Stefan Schoenwald et Sven Vallely calculent l'ensemble du spectre acoustique en un après-midi et rendent les vibrations immédiatement visibles sous forme de visualisation. L'objectif de l'expérience est d'examiner si les résultats simulés correspondent aux valeurs mesurées. En effet, si le modèle informatique correspond à la réalité, tous les paramètres possibles peuvent être modifiés presque gratuitement sur l'ordinateur, sans qu'il soit nécessaire de fabriquer à chaque fois une nouvelle plaque d'essai. Il est ainsi possible d'optimiser la réduction du bruit pour des éléments en bois de toutes les tailles et géométries possibles, sans avoir recours à des expériences coûteuses.

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