ISO 14163:1998
(Main)Acoustics — Guidelines for noise control by silencers
Acoustics — Guidelines for noise control by silencers
Acoustique — Lignes directrices pour la réduction du bruit au moyen de silencieux
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14163
First edition
1998-10-15
Acoustics — Guidelines for noise control
by silencers
Acoustique — Lignes directrices pour la réduction du bruit au moyen
de silencieux
A
Reference number
ISO 14163:1998(E)
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ISO 14163:1998(E)
Contents
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .2
4 Specification, selection and design considerations .4
4.1 Requirements to be specified .4
4.2 Selection and layout of silencers.4
4.3 Design of special silencers.5
5 Types of silencers, general principles and operational considerations .5
5.1 Overview.5
5.2 Acoustic and aerodynamic performance of silencers .7
5.3 Sound propagation paths .7
5.4 Acoustic installation effect .8
5.5 Abrasion resistance and protection of absorbent surfaces.9
5.6 Fire hazards and protection against explosion .9
5.7 Starting-up and closing-down of plants.9
5.8 Corrosion.9
5.9 Hygienic requirements and risk of contamination .9
5.10 Inspection and cleaning, decontamination.10
6 Performance characteristics of types of silencers.10
6.1 Dissipative silencers .10
6.2 Reactive silencers .22
6.3 Blow-off silencers .29
© ISO 1998
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
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International Organization for Standardization
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Internet iso@iso.ch
Printed in Switzerland
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7 Measurement techniques . 30
7.1 Laboratory measurements . 30
7.2 Measurements in situ. 31
7.3 Measurements on vehicles. 31
8 Information on silencers. 31
8.1 Information to be provided by the user. 31
8.2 Information to be provided by the manufacturer . 32
Annex A (informative) Applications . 33
Annex B (informative) Effect of spectral distribution of sound on the declaration of attenuation
in one-third-octave or octave bands. 40
Annex C (informative) Operating temperatures of sound sources and temperature limits of
sound-absorbent materials. 42
Bibliography. 43
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ISO 14163:1998(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard ISO 14163 was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee
SC 1, Noise.
Annexes A to C of this International Standard are for information only.
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ISO 14163:1998(E)
Introduction
Whenever airborne sound cannot be controlled at the source, silencers provide a powerful means of sound
reduction in the propagation path. Silencers have numerous applications and different designs based on various
combinations of absorption and reflection of sound, as well as on reaction on the sound source. This International
Standard offers a systematic description of principles, performance data and applications of silencers.
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INTERNATIONAL STANDARD © ISO ISO 14163:1998(E)
Acoustics — Guidelines for noise control by silencers
1 Scope
This International Standard deals with the practical selection of silencers for noise control in gaseous media. It
specifies the acoustical and operational requirements which are to be agreed upon between the supplier or
manufacturer and the user of a silencer. The basic principles of operation are described in this International
Standard, but it is not a silencer design guide.
The silencers described are suitable, among others,
for attenuating system noise and preventing crosstalk in heating, ventilation and air-conditioning (HVAC)
equipment;
for preventing or reducing sound transmission through ventilation openings from rooms with high inside sound
levels;
for attenuating blow-off noise generated by high-pressure lines;
for attenuating intake and exhaust noise generated by internal combustion engines; and
for attenuating intake and outlet noise from fans, compressors and turbines.
They are classified according to their types, performance characteristics and applications. Active and adaptive
passive noise-control systems are not covered in detail in this International Standard.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this International Standard. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 3741, Acoustics — Determination of sound power levels of noise sources using sound pressures — Precision
methods for reverberation rooms.
ISO 3744, Acoustics — Determination of sound power levels of noise sources — Engineering methods for free-field
conditions over a reflecting plane.
ISO 7235, Acoustics — Measurement procedures for ducted silencers — Insertion loss, flow noise and total
pressure loss.
ISO 11691, Acoustics — Measurement of insertion loss of ducted silencers without flow — Laboratory survey
method.
ISO 11820, Acoustics — Testing of silencers in situ.
1
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3 Terms and definitions
For the purposes of this International Standard, the following terms and definitions apply.
3.1
silencer
device reducing sound transmission through a duct, a pipe or an opening without preventing the transport of the
medium
3.2
dissipative silencer
absorptive silencer
silencer providing for broad-band sound attenuation with relatively little pressure loss by partially converting sound
energy to heat through friction in porous or fibrous duct linings
3.3
reactive silencer
general term for reflective and resonator silencers where the majority of the attenuation does not involve sound
energy dissipation
3.4
reflective silencer
silencer providing for single or multiple reflections of sound by changes in the cross-section of the duct, duct linings
with resonators, or branchings to duct sections with different lengths
3.5
resonator silencer
silencer providing for sound attenuation at weakly damped resonances of elements
NOTE The elements may or may not contain absorbent material.
3.6
blow-off silencer
silencer used in steam blow-off and pressure release lines throttling the gas flow by a considerable pressure loss in
porous material and providing sound attenuation by lowering the flow velocity at the exit and reacting on the source
of the sound (such as a valve)
3.7
active silencer
silencer providing for the reduction of sound through interference effects by means of sound generated by
controlled auxiliary sound sources
NOTE Mostly low-order modes of sound in ducts are affected.
3.8
adaptive passive silencer
silencer with passive sound-attenuating elements dynamically tuned to the sound field
3.9
insertion loss,
D
i
difference between the levels of the sound powers propagating through a duct or an opening with and without the
silencer
NOTE 1 The insertion loss is expressed in decibels, dB.
NOTE 2 Adapted from ISO 7235.
2
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3.10
insertion sound pressure level difference
D
ip
difference between the sound pressure levels occurring at an immission point, without a significant level of
extraneous sound, without and with the silencer installed
NOTE 1 The insertion sound pressure level difference is expressed in decibels, dB.
NOTE 2 Adapted from ISO 11820.
3.11
transmission loss
D
t
difference between the levels of the sound powers incident on and transmitted through the silencer
NOTE 1 The transmission loss is expressed in decibels, dB.
NOTE 2 For standard test laboratories D equals D , whereas results for D and D obtained from in situ measurements may
t i t i
often differ due to limited measurement possibilities.
NOTE 3 Adapted from ISO 11820.
3.12
discontinuity attenuation
D
s
that portion of the insertion loss of a silencer or silencer section due to discontinuities
NOTE The discontinuity attenuation is expressed in decibels, dB.
3.13
propagation loss
D
a
decrease in sound pressure level per unit length which occurs in the midsection of a silencer with constant cross-
section and uniform longitudinal design, characterizing the longitudinal attenuation of the fundamental mode
NOTE The propagation loss is expressed in decibels per metre, dB/m.
3.14
outlet reflection loss
D
m
difference between the levels of the sound power incident on and transmitted through the open end of a duct
NOTE The outlet reflection loss is expressed in decibels, dB.
3.15
modes
spatial distributions (or transverse standing wave patterns) of the sound field in a duct that occur independently from
one another and suffer a different attenuation
NOTE The fundamental mode is least attenuated. In narrow and in lined ducts, higher-order modes suffer substantially
higher attenuation.
3.16
cut-on frequency
lower frequency limit for propagation of a higher-order mode in a hard-walled duct
NOTE 1 The cut-on frequency is expressed in hertz, Hz.
NOTE 2 In a duct of circular cross-section, the cut-on frequency for the first higher-order mode is f = 0,57c/C where c is the
cC
speed of sound and C is the duct diameter. In a rectangular duct with larger dimension H, f = 0,5c/H.
cH
3
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3.17
pressure loss
Δp
t
difference between the mean total pressures upstream and downstream of the silencer
NOTE 1 The pressure loss is expressed in pascals, Pa.
NOTE 2 Adapted from ISO 7235.
3.18
regenerated sound
flow noise
flow noise caused by the flow conditions in the silencer.
NOTE Sound power levels of regenerated sound and pressure losses measured in laboratory tests are related to a
laterally uniform flow distribution at the inlet of the silencer. If this uniform flow distribution is not attainable under in situ
conditions, for example because of the upstream duct design, higher levels of regenerated sound and higher pressure losses
will occur.
4 Specification, selection and design considerations
4.1 Requirements to be specified
4.1.1 In general, the sound pressure level (A-weighted, one-third-octave or full-octave) shall not exceed a specified
value at a specified position (e.g. at a work station, in the neighbourhood, or in a recreation room). The permissible
contribution from a sound source can then be determined in terms of the sound power level and the directivity index
of that source using sound propagation laws and requirements concerning the allocation of contributions to several
partial sound sources. The required insertion loss of the silencer is given by the difference between the permissible
and the actual sound power level of the source.
In simple cases where the sound immission is determined solely by the sound source to be attenuated, the
necessary insertion sound pressure level difference of the silencer can be calculated directly from the difference
between the permissible and the actual sound pressure level at the immission point. When the difference in
directivity indices with and without the silencer is negligible, the insertion sound pressure level difference equals the
insertion loss of the silencer.
4.1.2 The permissible pressure loss shall not be exceeded.
NOTE This requirement should be specified as clearly as possible. Instead of the imprecise specification "as small as
possible", a sensible limit value has to be found. Even if the pressure loss is considered as "not critical", a limit value should be
determined from the maximum permissible flow velocity that may not be exceeded for reasons of mechanical stability,
regenerated sound or energy consumption costs.
4.1.3 The permissible size of the silencer shall be kept as small as possible (for reasons of cost and weight).
NOTE There is a minimum size which (given the state of the art) cannot be reduced. This size depends on the required
reduction in sound level, the permissible pressure loss and on other restrictions concerning materials to be used (or avoided),
resistance to different kinds of stress, etc.
4.1.4 Additional requirements (concerning materials, durability, leakages, etc.) result from the application of the
silencer in hot, dusty, humid or aggressive gases, in pressure lines or for high sound pressure levels and vibration
levels, and from the combination of silencers with devices for the control of exhaust gas, sparks and particles.
4.2 Selection and layout of silencers
Specific information on silencers can be drawn from
laboratory measurements made in accordance with ISO 7235;
silencer manufacturers' test data;
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theoretical models to calculate propagation loss and insertion loss for silencers with circular or rectangular
cross-section;
pressure loss and regenerated sound prediction methods.
The selection of a dissipative, a reactive or a blow-off silencer will be determined by its application or by reference
to the experience presented in this International Standard.
Results obtained from computer programs for the insertion loss of dissipative silencers depend on the assumptions
made concerning the magnitude and distribution of airflow resistance in the silencer and the acoustical effect of the
cover [18]. Certain geometrical features like off-setting of splitters or subdividing of absorbers are not easily accessible
for calculation. Calculations are most accurate for parameter variations concerning design as well as operating
conditions. Effects of flow on the performance of reactive silencers are taken into account by special highly
sophisticated computer software.
4.3 Design of special silencers
The design of a special silencer is usually an iterative process featuring the following stages:
a) rough specification of the dimensions of free ducts for the flow and of connected spaces for the distribution of
sound, for example using the manufacturers' declarations for similar silencers and taking into account the
essential requirements and restrictions;
b) construction of a model for predictive calculation or measurements;
c) use of the model and comparison of the results with requirements concerning sound level reduction and
pressure loss;
d) change of dimensions and sound-absorbent materials to fulfil requirements or to optimize the design;
e) constructional consideration of special requirements.
5 Types of silencers, general principles and operational considerations
5.1 Overview
Silencers are used to
prevent pulsations and oscillations of the gas at the source,
reduce conversion of the pulsations and oscillations into sound energy, and
provide conversion of sound energy into heat.
Table 1 — Typical advantages and shortcomings of different types of silencers
Type of silencer Advantages Shortcomings
Dissipative silencer Broad-band attenuation, little pressure Sensitive to contamination and
loss mechanical destruction
Reactive silencers:
Resonator type Tuned attenuation, insensitive to Narrow-band attenuation, sensitive to flow
contamination
Reflective type Robust element, application for large Greater pressure loss, acoustic pass
pressure pulsations, high sound levels, bands (frequency bands with little or no
contaminated flow, strong mechanical attenuation), flow sensitivity of acoustical
vibrations performance
5
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The resulting insertion loss for a silencer mounted in a duct will in general depend on all three of these mechanisms.
According to the dominant attenuation mechanisms involved, silencers may be classified as (see table 1):
dissipative silencers,
reactive silencers, including resonator and reflective silencers,
blow-off silencers, and
active silencers.
5.1.1 Dissipative silencers
These provide broad-band sound attenuation by conversion of sound energy into heat with relatively little pressure
loss. Precautions shall be taken to prevent coating or clogging of the surface of the absorbent material when
dissipative silencers are used in ducts carrying gases contaminated with dust or encrusting material. Porous
absorbers made of fine fibrous material or thin-walled structures may be mechanically destroyed by high amplitudes
of alternating pressure.
5.1.2 Resonator silencers (reactive)
These reduce the conversion of gas pulsations and oscillations into sound energy and absorb sound. Single
resonators are mounted as side branches in duct walls. Groups of resonators are used as duct linings or splitter
elements (baffles) in ducts, thus causing a limited pressure drop. Resonances are mostly tuned to low and
intermediate frequencies, where attenuation is needed. The performance is limited to a narrow frequency band, is
sensitive to grazing flow and may (under certain unfavourable conditions) be negative so that a tone is generated.
5.1.3 Reflective silencers (reactive)
These reduce the conversion of gas pulsations and oscillations into sound energy. They are usually chosen for their
robustness in applications where purely dissipative silencers are less suitable, and where greater pressure loss is
permissible. This is the case, for example, with gas flows carrying dust, or with higher flow velocities and pressure
pulsations, and for applications with strong mechanical vibrations. The maximum attenuation and the frequency
where it occurs will be affected by the flow. It is possible that in some frequency bands only little or even negative
attenuation is encountered.
5.1.4 Blow-off silencers
These are mounted on steam and pressurized air release lines and are effective by reaction on the source of
sound, such as a valve, and by lowering the exit flow velocity through an expanded surface area while conversion of
sound into heat is usually of little significance. Large pressure losses require the silencer to have a good mechanical
stability. Its performance can be affected by material carried by the gas. There is also a danger of icing.
5.1.5 Active silencers
These mainly consist of speaker sets driven by amplifiers with input from suitable microphones. Control is effected
by a high-performance computer, the controller. These are specialist devices not dealt with in this International
Standard. Active silencers are most effective at low frequencies where passive dissipative silencers offer little
attenuation [32].
NOTE Active systems are presently offered exclusively as individual solutions tailored for particular applications and are
thus not discussed in this International Standard.
6
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5.2 Acoustic and aerodynamic performance of silencers
The attenuation required from a silencer is described in terms of the insertion loss, D, if no particular immission
i
point is defined, or in terms of the insertion sound pressure level difference, D , at a particular position. It is
i
p
specified in one-third-octave bands or full-octave bands. According to the laboratory standard ISO 7235, the
attenuation shall be measured in one-third-octave bands. Full-octave-band values may be calculated using
equation (1):
D
13/,k
3
−
1
10dB
D =− 10 (1)
10lg dB
1/1 ∑
3
k=1
where D to D are the attenuation values in the three one-third octaves of a full-octave band, in decibels, and
1/3,1 1/3,3
D is the resulting full-octave-band value. Declaring attenuation values in full octaves will suffice for broad-band
1/1
noise and for silencers with broad-band effect. For tonal noise and for resonator silencers with narrow band effect,
the attenuation data should be given in one-third-octave bands.
NOTE 1 Octave-band attenuation data may strongly depend upon the spectrum of the sound (see annex B).
A necessary parameter for the selection of a silencer is the permissible pressure loss in the flow. It shall not exceed
the total pressure loss Δp which depends on the mean flow velocity and density of the gas and on the flow condition
t
as described by equation (2):
ρ
2
ΔΔpv=+ζζ (2)
()
t1
2
where
ζ is the total pressure loss coefficient as defined in ISO 7235 for uniform flow conditions at both ends of the
silencer;
Δζ is the additional pressure loss coefficient due to flow conditions in situ deviating from the laboratory
conditions (values are to be estimated empirically);
3
r is the density of the gas, in kilograms per cubic metre, kg/m ;
v is the mean flow velocity in the inlet cross-section, in metres per second, m/s.
1
NOTE 2 It is common for definitions of the total pressure loss coefficient to differ from the one given in ISO 7235. It is
therefore necessary to check the definitions before using any values. For example, a different definition is the one considering
the flow velocity in the narrowest cross-section of the silencer instead of v . This will result in much lower values for ζ.
1
Other parameters to be considered which affect the acoustic and aerodynamic performance are
the regenerated sound,
the maximum dimensions available for the silencer, and
the necessary durability of the silencer under exposure to flow, pressure pulsations and mechanical vibration.
5.3 Sound propagation paths
It is possible for sound propagating from a source to an immission point to follow several paths beside the direct one
through the silencer (Figure 1, path 1). The additional paths are:
a) radiation from the housing of the source (path 2);
b) radiation from duct walls before the silencer (path 3);
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c) radiation from the shell of the silencer (path 4); and
d) propagation of structure-borne sound along and past the silencer (path 5).
Sound propagation along these flanking paths shall be prevented by providing housings and duct walls with
sufficient sound insulation and by inserting vibration isolation devices for interrupting the propagation path for
structure-borne sound.
Figure 1 — Sound propagation paths (schematic)
5.4 Acoustic installation effect
For certain applications and silencer types, the sound attenuation provided by a silencer depends on the
characteristics of the source connected to the inlet side and the characteristics of the termination connected to the
outlet side. Such an installation effect occurs especially on reactive silencers or on all types of silencers for low
frequencies.
It is also important that either the source or the termination is reactive, i.e. non-absorbing. When these conditions
are fulfilled, unfavourable resonance effects can be expected in the system that will lead to strong coupling between
different parts of the system. Formally, this type of installation effect can be described via equation (3):
LL=−D−D+E (3)
(rad) (source)
WW tm
where
(rad) is the level of sound power radiated from duct end, in decibels, dB,
L
W
L (source)is the level of sound power radiated from source into duct with anechoic termination, in decibels,
W
dB;
D is the transmission loss (see 3.11), in decibels, dB;
t
is the reflection loss at the duct outlet (see 3.14 and 6.2.2.2), in decibels, dB;
D
m
E is the acoustic installation effect, in decibels, dB; in dissipative systems; the magnitude of E
generally does not exceed 10 dB.
The reaction of reflected sound on the source described by E can result in an increase or a decrease of sound
emission.
8
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NOTE For strongly reactive systems, E can be a large positive quantity in narrow frequency bands, which implies that the
silencer system actually amplifies the sound power radiated from the source.
5.5 Abrasion resistance and protection of absorbent surfaces
Abrasion of the materials used in dissipative silencers may lead to particles of the infill being carried in the gas flow.
NOTE Little is known about the particle number concentration in the gas stream for longer operation of silencers.
If the surface of a sound-absorbent material is mechanically damaged, low flow velocities will suffice to carry away
large numbers of particles through erosion. This process may even result in the depletion of a whole absorbent
element (such as a splitter).
To protect the sound-absorbing infill of silencers against moisture, water or pollutants carried in the gas (in particular
in hospitals and in the food processing industry), foils are used for airtight sealing. Such foils not only reduce the
attenuation performance at high frequencies (typically above 1 kHz) bu
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14163
Première édition
1998-10-15
Acoustique — Lignes directrices pour la
réduction du bruit au moyen de silencieux
Acoustics — Guidelines for noise control by silencers
A
Numéro de référence
ISO 14163:1998(F)
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Sommaire Page
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Considérations relatives aux spécifications, à la sélection et à la conception . 4
4.1 Prescriptions à définir . 4
4.2 Sélection et configuration des silencieux . 5
4.3 Conception des silencieux spéciaux . 5
5 Types de silencieux, principes généraux et considérations sur le fonctionnement . 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Performances acoustiques et aérodynamiques des silencieux . 7
5.3 Trajectoires de propagation du son . 8
5.4 Effet d’installation acoustique . 9
5.5 Résistance à l’abrasion et protection des surfaces absorbantes . 9
5.6 Risques d’incendie et protection contre les explosions . 9
5.7 Ouverture et fermeture d’installations . 10
5.8 Corrosion . 10
5.9 Prescriptions d’hygiène et risque de contamination . 10
5.10 Inspection et nettoyage, décontamination . 11
6 Caractéristiques de fonctionnement des différents types de silencieux . 11
6.1 Silencieux à dissipation . 11
6.2 Silencieux réactifs . 25
6.3 Silencieux à décharge . 33
7 Technique de mesurage . 33
7.1 Mesurages en laboratoire . 33
7.2 Mesurages in situ . 34
7.3 Mesurages sur les véhicules . 35
8 Informations relatives aux silencieux . 35
8.1 Informations à fournir par l’utilisateur . 35
8.2 Informations à fournir par le fabricant . 36
Annexe A (informative) Applications . 37
Annexe B (informative) Effets de la distribution acoustique spectrale sur la déclaration d’atténuation
en bande de tiers d’octave ou en bande d’octave . 45
Annexe C (normative) Températures de fonctionnement des sources sonores et températures limites
des matériaux d’absorption acoustique . 47
Bibliographie . 48
© ISO 1998
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet iso@iso.ch
Imprimé en Suisse
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Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de L'ISO). L'élaboration des normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales sont élaborés conformément aux dispositions des Directives ISO/CEI,
Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
La Norme internationale ISO 14163 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 43, , sous-comité
Acoustique
SC 1, Bruit.
Les annexes A à C de la présente Norme internationale sont données uniquement à titre d’information.
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Introduction
Chaque fois qu’un bruit aérien ne peut faire l’objet d’un contrôle à la source, les silencieux constituent un moyen
puissant de réduction du bruit dans la trajectoire de propagation. Les silencieux ont de nombreuses applications et
conceptions différentes, qui reposent sur des combinaisons diverses d’absorption et de réflexion du son, et de
réaction sur la source sonore. La présente Norme internationale donne une description systématique des principes,
des données de performances et des applications des silencieux.
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NORME INTERNATIONALE ISO ISO 14163:1998(F)
Acoustique — Lignes directrices pour la réduction du bruit
au moyen de silencieux
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale traite du choix pratiques de silencieux destinés au contrôle des émissions
sonores dans les milieux gazeux. Elle définit les prescriptions acoustiques et fonctionnelles devant faire l’objet d’un
accord entre le fournisseur, ou le fabricant, et l’utilisateur d’un silencieux. La présente Norme internationale décrit
les principes de fonctionnement fondamentaux, mais ne constitue pas un guide pour la conception des silencieux.
Les silencieux décrits conviennent, entre autres,
— à l’atténuation des émissions sonores par les systèmes et à la prévention du couplage parasite produit par les
équipements de chauffage, de ventilation et de climatisation;
— à la prévention ou à la réduction de la transmission du bruit par les ouvertures d’aération, en provenance de
pièces présentant des niveaux acoustiques internes élevés;
— à l’atténuation du bruit de dépression généré par les canalisations à haute pression;
— à l’atténuation des bruits d’admission et d’échappement émis par les moteurs à combustion interne, et
— à l’atténuation des bruits d’admission et d’échappement émis par les compresseurs et turbines équipés de
ventilateurs.
Les silencieux sont classés en fonction de leur type, de leurs caractéristiques de fonctionnement et de leurs
applications. Les systèmes actifs et passifs adaptables pour le contrôle des émissions sonores ne sont pas
couverts en détail dans la présente Norme internationale.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente Norme internationale. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente Norme internationale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des docuemnts normatifs indiquées ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur à un moment donné.
ISO 3741, Acoustique — Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit —
Méthodes de laboratoire en salles réverbérantes pour les sources à large bande.
ISO 3744, Acoustique — Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit à partir
de la pression acoustique — Méthode d’expertise dans des conditions approchant celles du champ libre sur plan
réfléchissant.
1
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ISO 7235, Acoustique — Méthodes de mesurage pour silencieux en conduit — Perte d'insertion, bruit d'écoulement
et perte de pression totale.
ISO 11691, Acoustique — Détermination de la perte d'insertion de silencieux en conduit sans écoulement —
Méthode de mesurage en laboratoire.
ISO 11820, Acoustique — Mesurages sur silencieux in situ.
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
silencieux
dispositif réduisant la transmission acoustique dans un conduit, un tuyau ou une ouverture, sans empêcher le
transport du fluide
3.2
silencieux à dissipation
silencieux absorbant
silencieux atténuant les sons à large bande avec relativement peu de perte de pression et convertissant
partiellement l’énergie acoustique en chaleur par friction sur des tubulures à structure poreuse ou fibreuse
3.3
silencieux réactif
terme générique désignant les silencieux réfléchissants et résonants, pour lesquels la plus grande part de
l’atténuation n’implique aucune dissipation d’énergie acoustique
3.4
silencieux réfléchissant
silencieux produisant des réflexions uniques ou multiples du son par des variations de la section du conduit, des
tubulures munies de résonateurs ou des ramifications des sections de conduit de différentes longueurs
3.5
silencieux résonant
silencieux produisant une atténuation acoustique des résonances faiblement amorties des éléments
NOTE Les éléments peuvent ou non contenir des matériaux absorbants.
3.6
silencieux à décharge
silencieux utilisé dans les conduits à décharge et à dépression de vapeur, qui produit un étranglement de
l’écoulement gazeux par une considérable chute de pression dans un matériau poreux et atténue le bruit en
diminuant la vitesse d’écoulement en sortie et par réaction sur la source sonore (par exemple, une vanne)
3.7
silencieux actif
silencieux produisant une atténuation du bruit par des effets d’interférence, à l’aide d’un bruit émis par des sources
sonores auxiliaires contrôlées
NOTE La réduction du bruit dans les conduits concerne principalement les modes d’ordre inférieur.
3.8
silencieux passif adaptable
silencieux équipé d’éléments d’atténuation passifs accordés de façon dynamique par rapport au champ acoustique
2
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3.9
perte d’insertion
D
i
différence entre les niveaux de puissance acoustique transmis à travers un conduit ou une ouverture, avec et sans
silencieux
NOTE 1 La perte d‘insertion est exprimée en décibels (dB).
NOTE 2 Définition adaptée de l’ISO 7235.
3.10
différence de niveau de pression acoustique d’insertion
D
ip
différence entre les niveaux de pression acoustique produits en un point d’immission, en l’absence de niveau
significatif de bruit parasite, avec et sans silencieux installé
NOTE 1 La différence de niveau de pression acoustique d‘insertion est exprimée en décibels (dB).
NOTE 2 Définition adaptée de l’ISO 11820.
3.11
perte par transmission
D
t
différence entre les niveaux de pression acoustique reçus et transmis par le silencieux
NOTE 1 La perte par transmission est exprimée en décibels (dB).
NOTE 2 Pour les essais normalisés en laboratoire, D est égal à D, tandis que les résultats de D et D obtenus par
t i t i
mesurage in situ diffèrent parfois en raison des possibilités de mesurage limitées.
NOTE 3 Définition adaptée de l’ISO 11820.
3.12
atténuation par discontinuité
D
s
partie de la perte par insertion d’un silencieux ou d’une section de silencieux qui est provoquée par des
discontinuités
NOTE L’atténuation par discontinuités s’exprime en décibels (dB).
3.13
perte par propagation
D
a
décroissance du niveau de pression acoustique par unité de longueur, se produisant à la section médiane d’un
silencieux de section constante et de conception rectiligne et uniforme, et qui caractérise l’atténuation du mode
fondamental dans l'axe longitudinal
NOTE La perte par propagation s’exprime en décibels par mètre (dB/m).
3.14
perte par réflexion en sortie
D
m
différence entre les niveaux de pression acoustique reçus et transmis depuis l’extrémité ouverte d’un conduit
NOTE La perte par réflexion en sortie s’exprime en décibels (dB).
3.15
modes
distributions spatiales (ou types d’ondes transversales continues) du champ acoustique dans un conduit, qui se
produisent indépendamment les unes des autres et subissent une atténuation différente
3
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NOTE Le mode fondamental subit la plus faible atténuation. Dans les conduits étroits et linéaires, les modes d’ordre
supérieur subissent une atténuation considérablement plus élevée.
3.16
fréquence de coupure
fréquence limite inférieure de propagation d’un mode supérieur à l’intérieur d’un conduit à paroi rigide
NOTE 1 La fréquence de coupure s’exprime en hertz (Hz).
NOTE 2 Lorsque le conduit est de section circulaire, la fréquence de coupure du premier mode supérieur est f = 0,57 c/C,
cC
c étant la vitesse du son et C étant le diamètre du conduit. Dans le cas d’un conduit rectangulaire dont H est la plus grande
longueur, f = 0,5 c/H.
cH
3.17
perte totale de pression
Dp
t
différence des pressions totales moyennes en amont et en aval du silencieux
NOTE 1 La perte de pression totale est exprimée en pascals (Pa).
NOTE 2 Définition adaptée de l’ISO 7235.
3.18
son régénéré,
bruit d’écoulement
bruit d’écoulement provoqué par l’état d'écoulement dans le silencieux
NOTE Les niveaux de puissance acoustique du son régénéré et des pertes de pression mesurés au cours d’essais en
laboratoire sont liés à une distribution latérale uniforme de l’écoulement à l’entrée du silencieux. Lorsque cette distribution
uniforme de l’écoulement ne peut être obtenue dans des conditions in situ, par exemple en raison de la conception du conduit
en amont, les mesurages indiquent des valeurs plus élevées pour le niveau du son régénéré et les pertes totales de pressions.
4 Considérations relatives aux spécifications, à la sélection et à la conception
4.1 Prescriptions à définir
4.1.1 En général, le niveau de pression acoustique (pondéré A, en bande de tiers d’octave ou en bande d’octave)
ne doit pas dépasser une valeur prescrite pour un emplacement prescrit, par exemple un poste de travail, un
environnement avoisinant ou une cour de récréation. L’influence admissible d’une source sonore peut donc être
déterminée en exprimant le niveau de puissance acoustique et le coefficient de directivité de cette source, en
appliquant les lois de propagation acoustique et les prescriptions concernant la répartition des contributions entre
plusieurs sources sonores partielles. La valeur requise pour la perte d’insertion du silencieux s’obtient en calculant
la différence des niveaux de puissance acoustique admissible et réel de la source.
Dans le simple cas d’une immission acoustique déterminée uniquement par la source sonore à atténuer, la
différence requise pour le niveau de pression acoustique d’insertion du silencieux peut être calculée directement en
soustrayant la valeur réelle à la valeur admissible du niveau de pression acoustique au point d’immission. Lorsque
la différence entre les coefficients de directivité avec et sans silencieux est négligeable, la différence de niveau de
pression acoustique d’insertion est égale à la perte d’insertion du silencieux.
4.1.2 La valeur admissible de perte d’insertion ne doit pas être dépassée.
NOTE Il convient de définir cette prescription aussi clairement que possible. Plutôt que d’utiliser la spécification imprécise
«aussi faible que possible», une valeur limite sensible a été trouvée. Même lorsque la perte totale de pression est considérée
comme «non critique», il convient de déterminer une valeur admissible en considérant la vitesse maximale admissible
d’écoulement ne pouvant être dépassée pour des raisons de stabilité mécanique, ou le son régénéré, ou encore le coût de la
consommation d’énergie.
4.1.3 Les dimensions admissibles du silencieux doivent être aussi réduites que possible (pour des raisons de coût
et de poids).
4
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NOTE Il existe des dimensions minimales qui, en l’état actuel de la technique, sont irréductibles. Ces dimensions dépendent
de la réduction nécessaire du niveau de bruit, de la perte totale de pression admissible et d'autres restrictions quant aux
matériaux à employer (ou à éviter), ou à la résistance aux différentes formes de contraintes, etc.
4.1.4 Des prescriptions complémentaires (relatives aux matériaux, à la durabilité, à l’étanchéité, etc.) résultent de
l’emploi de silencieux en milieu chaud, poussiéreux, humide, en présence de gaz nocifs, dans des conduits sous
pression ou de niveaux élevés de pression acoustique et de vibrations, ainsi que de l’association entre des
silencieux et des dispositifs de contrôle des gaz d’échappement, étincelles et particules.
4.2 Sélection et configuration des silencieux
Les informations spécifiques aux silencieux doivent être définies à partir
— de mesurages effectués en laboratoire conformément à l’ISO 7235;
— des résultats d’essai fournis par le fabricant;
— des modèles théoriques de calcul de la perte par propagation et de la perte d’insertion, dans le cas des
silencieux de section circulaire ou rectangulaire;
— des méthodes de prédiction de la perte totale de pression et du son régénéré.
Le choix d’un silencieux à dissipation, réactif ou résonant, est dicté par son application, ou en fonction de
l’expérience présentée dans la présente Norme internationale.
Les résultats obtenus à partir de programmes informatiques de calcul de la perte d’insertion des silencieux à
dissipation dépendent de l’importance et de la distribution supposées de la résistance à l’air dans le silencieux, ainsi
que de l’effet acoustique de l'enveloppe [18]. Certaines propriétés géométriques, comme le décalage des
séparateurs ou la fragmentation des absorbeurs, rendent parfois difficiles certains calculs. La meilleure précision de
calcul s’obtient pour les variations des paramètres de conception et des conditions de fonctionnement. La prise en
compte des effets de l’écoulement sur le fonctionnement des silencieux réactifs s’effectue à l’aide de logiciels
spéciaux hautement sophistiqués.
4.3 Conception des silencieux spéciaux
La conception d’un silencieux spécial est généralement un processus itératif comportant les étapes suivantes:
a) spécification approximative des dimensions de conduits libres pour l’écoulement et d’espaces intermédiaires
pour la répartition du bruit, par exemple sur la base de déclarations du fabricant concernant des silencieux
similaires, et en prenant en compte les prescriptions et restrictions essentielles;
b) construction d’un modèle destiné aux calculs ou mesurages par prédiction;
c) utilisation du modèle et comparaison des résultats aux valeurs prescrites pour la réduction du niveau de bruit et
la perte totale de pression;
d) modification des dimensions et des matériaux d’absorption acoustique, afin de répondre aux prescriptions ou à
optimiser la conception;
e) prise en compte des prescriptions particulières pour la construction.
5 Types de silencieux, principes généraux et considérations sur le fonctionnement
5.1 Généralités
Les silencieux sont utilisés
— pour prévenir les impulsions et oscillations émises par le gaz à la source,
5
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— pour réduire la conversion des impulsions et oscillations en énergie acoustique, et
— pour convertir l’énergie acoustique en chaleur.
Tableau 1 — Avantages et inconvénients caractéristiques des différents types de silencieux
Type de silencieux Avantages Restrictions
Silencieux à dissipation Atténuation sur large bande, faible perte Sensibilité aux contaminations et aux
totale de pression destructions mécaniques
Silencieux réactifs
Type résonant Atténuation accordée, insensibilité aux Atténuation sur bande étroite, sensibilité
contaminations à l'écoulement
Type réfléchissant Robustesse de l'élément, application pour Perte totale de pression plus importante,
les impulsions à pression élevée, niveaux effet passe-bande (atténuation faible
acoustiques importants, écoulements ou nulle dans certaines bandes de
contaminés, fortes vibrations mécaniques fréquences), sensibilité des performances
acoustiques à l'écoulement
La perte d'insertion résultant du montage d'un silencieux sur un conduit dépend généralement de chacun de ces
trois mécanismes. Suivant les mécanismes d'atténuation dominants qui sont utilisés, les silencieux peuvent être
classés de la manière suivante (voir le tableau 1):
— silencieux à dissipation,
— silencieux réactifs, y compris les silencieux résonants et réfléchissants,
— silencieux à décharge, et
— silencieux actifs.
5.1.1 Silencieux à dissipation
Ces silencieux produisent une atténuation acoustique à large bande, en convertissant l'énergie acoustique en
chaleur avec relativement peu de perte de pression. Des précautions doivent être prises afin d'éviter le
recouvrement ou l'obstruction de la surface du matériau absorbant lorsque les silencieux sont utilisés sur des
conduits transportant des gaz contaminés par de la poussière ou des substances pénétrantes. Les absorbeurs
poreux élaborés à l'aide de matériaux à structure fibreuse fine ou à parois minces peuvent subir une destruction
mécanique due à des pressions alternatives de haute amplitude.
5.1.2 Silencieux résonants (réactifs)
Ces silencieux réduisent la conversion en énergie acoustique des impulsions et oscillations gazeuses, et absorbent
le bruit. Les résonateurs simples sont adaptés sous forme de ramifications latérales, à l'intérieur des parois du
conduit. Les groupes de résonateurs s'utilisent sous forme de revêtements de conduit ou d'éléments séparateurs
internes, afin de limiter les pertes de pression. Les résonances sont principalement accordées sur les fréquences
basses et moyennes où l'atténuation est nécessaire. Les performances se limitent à une bande de fréquences
étroite, sont sensibles aux écoulements rasants et peuvent (sous certaines conditions défavorables) devenir
négatives jusqu'à provoquer l'émission d'un son.
5.1.3 Silencieux réfléchissants (réactifs)
Ces silencieux réduisent la conversion en énergie acoustique des impulsions et oscillations gazeuses. On les
choisit généralement pour leur robustesse dans le cadre d'applications où les silencieux à dissipation sont moins
appropriés, et lorsque des pertes de pression plus importantes sont tolérées. C'est par exemple le cas pour les
écoulements gazeux contenant des poussières ou présentant une vitesse d'écoulement et des impulsions de
pression plus élevées, ainsi que pour les applications à fortes vibrations mécaniques. L'écoulement influe sur
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l'atténuation maximale et sur la fréquence à laquelle celle-ci se produit. Il est possible, dans certaines bandes de
fréquences, de rencontrer une atténuation faible, voire négative.
5.1.4 Silencieux à dépression
Ces silencieux sont montés sur les conduites à dégagement d'air sous pression ou de vapeur et fonctionnent en
produisant une réaction sur une source de bruit telle qu'une vanne, en abaissant la vitesse d'écoulement en sortie à
travers une surface expansée, tandis que la conversion du son en chaleur est généralement d'importance moindre.
Les fortes pertes de pression nécessitent une bonne stabilité mécanique du silencieux, dont les performances
peuvent subir l'influence des matériaux entraînés par le gaz. Ils peuvent également présenter un risque de givrage.
5.1.5 Silencieux actifs
Ces silencieux sont principalement constitués d'ensembles de haut-parleurs alimentés par des amplificateurs dont
les entrées reçoivent des microphones appropriés. Le contrôle s'effectue à l'aide d'un ordinateur à hautes
performances: le contrôleur. La présente Norme internationale ne traite pas de ces appareils réservés à des
spécialistes. Les silencieux actifs ont une efficacité optimale dans les basses fréquences, où les silencieux passifs
à dissipation n'offrent qu'une faible atténuation [32].
NOTE Les systèmes actifs sont actuellement proposés sous forme de solutions exclusivement individuelles, conçues pour
répondre sur mesure à des applications particulières, et ne font donc pas l'objet de la présente Norme internationale.
5.2 Performances acoustiques et aérodynamiques des silencieux
L'atténuation requise pour un silencieux est décrite en termes de perte d'insertion, D, lorsque aucun point
i
d'immission particulier n'est défini, ou en termes de différence de niveau de pression acoustique d'insertion, D ,
ip
mesurée en un point particulier. Elle est spécifiée en bandes de tiers d'octave ou en bandes d'octave.
Conformément à l’ISO 7235, l'atténuation doit être mesurée en bandes de tiers d'octave. Les valeurs en bandes
d'octave peuvent être calculées à l'aide de l'équation suivante:
D
13,k
−
3
10 dB
1
D =− 10 lg 10 dB (1)
11
∑
3
k = 1
où
D à D sont les valeurs d'atténuation dans les trois tiers d'octave d'une bande d'octave, en décibels,
1/3, 1 1/3, 3
D est la valeur résultante en bande d'octave.
1/1
La déclaration des valeurs d'atténuation en bande d'octave est suffisante dans le cas des bruits à large bande et
pour les silencieux à effet de large bande. Dans le cas des bruits à composantes tonales et des silencieux à effet de
bande étroite, indiquer les données d'atténuation en bandes d'octave.
NOTE 1 Les données d'atténuation peuvent dépendre dans une large mesure du spectre du bruit émis (voir annexe B).
L'un des paramètres nécessaires pour sélectionner un silencieux est la perte de pression admissible dans
l'écoulement. Celle-ci ne doit pas être supérieure à la perte totale de pression, Δp, qui dépend de la vitesse
t
moyenne d'écoulement et de la masse volumique du gaz, ainsi que des conditions d'écoulement telles que décrites
dans l'équation suivante:
r
2
Dpv=+zDz (2)
()
t 1
2
où
z est le coefficient de perte totale de pression tel que défini dans l'ISO 7235, pour des conditions
d'écoulement uniformes aux deux extrémités du silencieux;
7
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ISO 14163:1998(F)
Dz est le coefficient de perte de pression complémentaire due aux conditions d'écoulement in situ déviant des
conditions de laboratoire (les valeurs doivent être estimées empiriquement);
3
est la masse volumique du gaz, en kilogrammes par mètre cube, kg/m ;
r
ν est la vitesse moyenne d'écoulement à la section d'entrée, en mètres par seconde, m/s.
1
NOTE 2 Il est courant que les définitions du coefficient de perte totale de pression diffèrent de celles de l'ISO 7235. Il est
donc nécessaire de vérifier ces définitions avant d'utiliser la moindre valeur. Une définition est différente, par exemple,
lorsqu'elle prend en compte la vitesse d'écoulement au niveau de la section la plus étroite du silencieux, au lieu de . Les
ν
1
résultats sont alors très inférieurs aux valeurs obtenues pour z.
Les autres paramètres à prendre en compte et qui affectent les performances acoustiques et aérodynamiques sont:
— le son régénéré,
— les dimensions maximales disponibles du silencieux, et
— la durabilité nécessaire du silencieux lorsqu'il est exposé au flux, aux impulsions de pression et aux vibrations
mécaniques
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.