ISO/TR 11688-1:1995
(Main)Acoustics — Recommended practice for the design of low-noise machinery and equipment — Part 1: Planning
Acoustics — Recommended practice for the design of low-noise machinery and equipment — Part 1: Planning
Serves as an aid to understanding the basic concepts of noise control in machinery and equipment. The recommended practice presented is intended to assist the designer at any design stage to control the noise of the final product. Makes references to numerous technical publications dealing with acoustical problems.
Acoustique — Pratique recommandée pour la conception de machines et d'équipements à bruit réduit — Partie 1: Planification
General Information
Relations
Buy Standard
Standards Content (Sample)
IS0
TECHNICAL
TR 11688-l
REPORT
First edition
1995-03-I 5
- Recommended practice for
Acoustics
the design of low-noise machinery and
equipment -
Part 1:
Planning
Acoustique - Pratique recommandge pour la conception de machines et
d’6quipements 2 bruit r6duit -
Partie I: Planifica tion
Reference number
ISOfTR 17 688-1:1995(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IsO/TR 11688=1:1995(E)
Page
Contents
1
I Scope .
1
2 References .
2
3 Definitions .
4 Methodical design and acoustic aspects . 4
5 Conceptual and detailed design . 5
6 Low-noise prototyping . 23
7 Final testing . 25
Annexes
A Summary of design rules . 26
B Noise control requirements for design . 31
C Information to be reported . 34
D Bibliography . 36
0 IS0 1995
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(E)
0 IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the
work. IS0 collaborates closely with the Internation Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The main task of technical committees is to prepare International
Standards, but in exceptional circumstances a technical committee may
propose the publication of a Technical Report of one of the following
types:
- type 1, when the required support cannot be obtained for the
publication of an International Standard, despite repeated efforts;
- type 2, when the subject is still under technical development or
where for any other reason there is the future but not immediate
possibility of an agreement on an International Standard;
- type 3, when a technical committee has collected data of a different
kind from that which is normally published as an International
Standard (“state of the art”, for example).
Technical Reports of types 1 and 2 are subject to review within three
years of publication, to decide whether they can be transformed into
International Standards. Technical Reports of type 3 do not necessarily
have to be reviewed until the data they provide are considered to be no
longer valid or useful.
lSO/TR 11688-1, which is a Technical Report of type 3, was prepared by
Technical Committee lSO/rC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise.
IS0 11688 consists of the following parts, under the general title
Acoustics - Recommended practice for the design of low-noise
machinery and equipment:
- Part “I: Planning
[Technical Report]
- Par? 2: Introduction into physics of low-noise design
,.
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
0 IS0
ISO/TR 11688=1:1995(E)
Introduction
This International Technical Report provides a guideline for the
design of low-noise machinery. Most of the existing International
Technical Reports prepared in ISO/TC 43/SC I specify methods for the
measurement and/or evaluation of noise. The final objective of this
International Technical Report, however, will be noise control in
existing machinery and noise control at the design stage.
It is important that non-acoustic engineers are engaged in noise
control practice. It is of great importance for these engineers to have a
basic knowledge of noise generation and propagation characteristics
and to understand the basic principles of noise control measures.
Hence, this International Technical Report also serves as an
introduction into acoustical terms, and as a basis to the acquisition of
further knowledge in noise control.
It is strongly required to support the dissemination of the design rules
given here through standardisation.
Such considerations have led to the preparation of nternational
Technical Reports in the area of noise control.
---------------------- Page: 4 ----------------------
‘TECHNICAL REPORT @ IS0 ISO/TR 11688=1:1995(E1)
Acoustics - Recommended practice for the design of
low-noise machinery and equipment -
Part 1:
Planning
1 Scope
This International Technical Report is an aid to understanding the basic concepts of noise control in
machinery and equipment.
The recommended practice presented here is intended to assist the designer at any design stage to control
the noise of the final product. Methodical development of products was chosen as a basis for the structure
of this document (see Clause 4).
The list of design rules given in this International Technical Report is not exhaustive. Other technical
measures for reducing noise at the design stage may be used if their efficacy is identical or higher.
To solve problems going beyond the scope of this International Technical Report, the designer can refer to
the bibliography in Annex D, which presents the general state of acoustic handbooks at the time of
publication. Furthermore, reference is made to the numerous technical publications dealing with acoustical
problems.
2 References
IS0 3744:1994, Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound pressure -
Engineering method in an essentially free field over a reflecting plane.
IS0 3746:- ‘1, Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources - Survey method
employing an enveloping measurement surface over a reflecting plane.
IS0 4871:- ‘), Acoustics - Declaration and verification of noise emission values of machinery and
equipment.
IS0 961 l:- ‘1, Acoustics - Characterization of sources of structure-borne sound with respect to the airborne
sound radiation of connected structures - Measurement of velocity at the contact points of machinery
when resiliently mounted.
IS0 9614-l : 1994, Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity
- Part I: Measurement at discrete points.
IS0 9614-Z:-? Acoustics - Determination of sound power levels of noise sources using sound intensity -
Part 2: Measurement by scanning.
1) To be published.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(E) 0 IS0
IS0 11200:-'1, Acoustics - Noise emitted by machinery and equipment - Guidelines for the use of basic
standards for the determination of emission sound pressure levels at the work station and at other specified
positions.
IS0 11689:-l), Acoustics - Systematic collection and comparison of noise-emission data for machinery
and equipment.
3 Definitions
For the purpose of this International Technical Report the following definitions apply:
3.7 Airborne, liquid-borne and structure-borne noise: Sound propagating through air, a liquid or a solid
structure, respectively.
3.2 Active noise components: Components of machinery, which generate noise. In many cases these
are the power converting devices generating mechanical work from power resources, such as
electrical, mechanical or magnetic energy, hydraulic pressure, internal forces, or friction. Other
noise “components” may be regions with non-steady flow and contact surfaces between moving
parts.
3.3 Psssive noise components: Components which transmit noise generated by the active components;
they do not contain noise sources but can be dominating radiators of noise. Typical passive
components are structural parts and covering panels of machinery.
3.4 Periodic noise: A noise event which is periodically repeated. Typical sources of periodic noise are
gear wheels and piston machines. It is characteristic for periodic noise that it exhibits a line
spectrum.
3.5 Tonal noise: Noise which is dominated by one or several clearly distinguishable tone(s).
3.6 Broad band noise: Noise generated by either single shocks, i.e. short duration pressure pulses or
impacts, or by turbulence in an air or fluid flow. The characteristics of broad band noise are that the
frequency analysis shows a continuous spectrum over a large frequency range.
3.7 force excitation: The excitation force is independent of the properties of the excited structure; an
example of this is the effect of a light and flexible source on a relatively stiff and heavy structure.
38 . velocity excitation: The excitation velocity is independent of the properties of the excited structure;
an example of this is a light and flexible structure excited by a relatively massive source.
Quasi-static response: .
3.9 Response of the machine at frequencies below the lowest resonant
frequency.
3.70 Resonant response: Response in a frequency range of distinct resonances.
3.77 Multi-resonant response: Response in a frequency range with many resonances.
---------------------- Page: 6 ----------------------
0 IS0
ISO/TR 11688-1:1995(E)
Design process Noise control
Y
:::
:c
Requirements concerning
5
x
:::
:::
1. Clarification of task .:.
noise behaviour from
:::
X
.:.
:::
::
-
standards, authorities .:.
X
:;:
- clarifying standards,
:.:
:i:
requirements, state of
4
- regulations of clients, state of the art,
j
:::
the art. . .
:::
:::
:::
.:*
:a:
competition, sales argument
:>
:.:
- list of specifications
:::
:::
: j:
1 x
- own experience
:;:
:*:
.>
:*:
.:.
3:
:2
- search for solution
principles
Acoustical experience and knowledge
- comparison of
for comparison of different solutions
different concepts
- acoustical rules
- selection of concept
- rough formulae
1
- diagnosis information
1 /
- experience and examples
- choice of dimensions, - literature, drawings
material . . .
- acoustical modelling and FEM
- comparison (calculation
and modelling) - acoustic devices
t
/ -stk;tion y detailed - source strengths of partial sources
(airborne, structure-borne, liquid-borne)
. . .
4. Prototyping
- measurements on
prototype
Noise measurement and
noise reduction using the prototype
- evaluation of noise
- analysis and modification
behaviour
- comparison with - acoustical diagnosis
references
L -final testing
-1
- comparison with the requirements
Clearance for series
I
Fig. 1: Stages of the design procedure; support of design process by noise
control methods
---------------------- Page: 7 ----------------------
0 IS0
ISO/TR 11688-1:1995(E)
4 Methodical design and acoustic aspects
Methodical design is an operational approach which makes use of information from a variety of disciplines,
for example machine acoustics. This way a basis is set for achieving targets and making decisions in design
and development.
The design procedure can be divided into four phases (listed below) which are increasingly specific (see
Fig. I). Increase of information from phase to phase makes it possible to sort alternative solutions with
respect to specific design criteria such as low noise level. The phases of systematic design are:
1.
Clarification of task: Make a list of requirements which is the controlling document for the whole
design task. Include noise specifications in this list with reference to legislation, the state of the art,
competitors’ products, client demand or the weighting of machine noise as a company sales
argument. (See Annex B.)
2. Conceptional design: This phase of the design process concentrates mainly on achieving the
desired objectives. Little information is available about the final product at this stage and the noise
behaviour is often assessed by comparison to known designs.
3 . Design and detail: As the design and choice of individual components progress, quantitative
estimates of noise behaviour can be made through the selection of design options.
4. Prototyping: Measurements on the prototype allow quantification of major noise sources and sound
paths. This may indicate specific measures leading to design changes. Compliance with the
requirements can be confirmed by measurements.
The following procedure can be applied in each of the four phases described above. It is very important to
follow the methodology of eliminating the most dominant noise problems in the earliest possible stage of
design:
The first step of the process is determining the major sources of noise in the machine and
establishing a priority list or scheme (see 5.2).
Once the major sources are recognised, a more detailed analysis of the noise mechanisms
must be carried out (see 5.3).
The next step is analysing and describing the direct radiation of noise from the sources to
the receiving position(s), and the transmission through the structure to the radiating
surfaces (see 5.4).
The final step
is to analyse the radi ation from those surfaces and to determine the various
contributions
to the sound pressure level at the receiving position(s).
Evaluate which combination of noise control measures is optimal.
In designing low-noise machinery one should try to identify the basic acoustic mechanisms involved by
consideration of the causal chain (Fig. 2).
All design processes have a recursive element. So at every phase a decision has to be made as to whether
the next phase can be entered or whether previous steps shall be repeated.
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 IS0 ISO/TR 11688=1:1995(E)
I
I I
1 Part of machinery 1
Acoustical mechanism
1 Source 1
Generation
r- I
1 Path I
1 Transyission 1
1 Surface 1
Radiation
I I
Fig. 2: Causal chain of noise generation
An illustration of how the different noise mechanisms are connected is shown in Fig. 3. The first priority in
noise control is to identify the source. Different types of sources are shown in the first and second ring with
key words corresponding to the headlines of the following clauses.
Once the source type is determined, transmission through the particular medium will take place as seen in
the third ring. Finally the noise will radiate into free air or excite a structure. The figure can be used to show
that every sound source has its own characteristics, its specific transmission path through the structure and
excitation of the radiating surfaces. To control the noise from a machine with many different types of
sources, it is necessary to analyse each noise source, transmission path and radiating surface on its own to
be able to evaluate the relative importance. The next clause shows an example of such a machine.
5 Conceptual and detailed design
51 . General
Since a design solution always comprises the choice of a physical operating principle and the choice of a
functional system, it is possible to make the following general comments for the choice of design concepts.
With a high degree of probability, the mode of operation with the lowest speed and
acceleration will provide the best acoustic solution.
For a given operational principle the noise from a machine can be reduced by altering the
mass, stiffness and damping of the structure. Design parameters such as material, shape,
position, number of elements, dimensions, structure and type of connections can have a
large effect on the noise emission. If applied in the proper way such alterations may reduce
the vibration and/or radiation of the machine.
Steady flow of gases and liquids is quieter than unsteady flow.
Both in the conceptual phase and in the detailed design, the procedure described in Clause 4 and
elaborated further in the following clauses can be used for diagnosis and noise control measures. In the
conceptual phase only rough estimates, common design rules or a comparison with existing solutions is
possible. In the detailed design phase the results of detailed calculations, modelling and survey
experiments can be applied.
5
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(E)
0 IS0
-%$.A -u!!Ak~v
/Ii+
Fig 3: Basic model of noise generation in machines
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TR 116884:1995(E)
0 IS0
52 . Basic steps
5.2.1 Acoustical modelling and ranking
The noise behaviour in machinery with different noise sources can be visualised by an acoustic model of
the machine (see Fig. 2). To elaborate this model, the designer must first divide the machine into active and
passive noise components.
The active and passive noise components may have the capability of generating, transmitting and radiating
airborne, liquid-borne and structure-borne noise. Therefore it is necessary to analyse the noise components
for these three types of noise. The purpose of subdividing the noise components is the identification of the
dominating noise sources, transmission paths and radiating surfaces.
Then the designer must analyse along which paths noise can be propagated. Structure-borne, liquid-borne
and airborne sound paths shall be considered. Furthermore, possible direct radiation of airborne sound
from the individual active components must be considered.
Finally the sound radiating surfaces of the machine must be identified.
When the most important noise sources with their transmission paths are identified, an analysis of the
process parameters must be carried out. The dominant noise contributions have to be controlled first. It is
recommended to control the sources first before dealing with transmission paths and the radiating
surfaces.
Severe noise problems can be caused by the coincidence of driving frequencies and resonances in the
active and passive components.
General design rules:
Divide machine into active and passive noise components;
Locate airborne, liquid-borne and structure-borne noise sources;
Locate the airborne, liquid-borne and structure-borne sound paths;
Locate the sound radiating surfaces;
Identify the strongest contributions (sources, transmission paths, radiating surfaces).
5.2.2 Example
of this example is to demonstrate how acoustic modelling and noise source ranking can be
The purpose
carried out.
Fig. 4 shows a hydrostatic power pack having active noise components such as: electric motor, hydraulic
pump and a valve.
They are all connected to the reservoir in a closed circuit.
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
0 IS0
ISO/TR 11688=1:1995(E)
1) Relief valve
2) Outlet tube (12 mm)
3) Reduction fitting (25 mm - 12 mm)
4) Pump
5) Vibration-isolated flange
6) Mounting flange
7) Cover
8) Vibration-isolated coupling
9) Electric motor
10) Reservoir
Fig. 4: Hydrostatic power pack
The power pack has active noise sources representing airborne, structure-borne and liquid-borne noise
sources.
To visualise the transmission of noise from the different noise sources in the machine a block diagram,
Fig. 5, is drawn which in graphical form illustrates the noise mechanisms of the power pack.
A list of the noise sources, paths and surfaces is shown in Tables 1 to 3
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(E)
0 IS0
Passive
Active Noise
Noise
Components
Components
Reservoir,
tubes and
0
machine
structure
.
.
Key
Airborne noise
lo
‘/ “& Liquid - borne noise
@
Structure-borne noise
Fig. 5: Acoustical model of power pack
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(E) 0 IS0
Table 1: Hydrostatic power pack; noise sources
I
I A Airborne noise + Major contributor
Key
S Structure-borne noise - Minor contributor
L Liquid-borne noise
II Component Component Source Source A S L
Electric Electric motor motor Magnetic Magnetic field field
Fan Fan -I- -I-
Unbalance Unbalance
Hydraulic Hydraulic pump pump Pumping Pumping + + + +
Unbalance Unbalance
Relief Relief valve valve
Flow Flow restriction restriction
Valve Valve instabilitv instability
Table 2: Hydrostatic power pack; transmission paths
I
I A Airborne noise + Major contributor
Key
S Structure-borne noise - Minor contributor
L Liquid-borne noise
Path
Component A S
Electric motor
Mounting points +
Shaft
Hydraulic pump Mounting points +
Shaft
Fluid connections
Relief valve
Mounting points
.
Fluid connections
Coupling Coupling elements
+
Tubes Steel tubes
Fluid
Reservoir Mounting points +
Plates
Fluid
Table 3: Hydrostatic power pack; radiating surfaces
I
I A Airborne noise + Major contributor
Key
S
Structure-borne noise - Minor contributor
L Liquid-borne noise
1 Component
Radiating surface A S L
Electric motor
Housing +
Hydraulic pump Housing
Tubes Walls
Reservoir
Walls +
IO
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(E)
0 IS0
A number of experiments were carried out on the power pack to identify the different sources, paths and
radiating surfaces concerning noise emission. The main results are shown in Table 4 as sound power
measurements in a reverberant room. All experiments were done under the same operating conditions.
Table 4: Hvdrostatic Dower Dack: effect of noise control measures
I
L
Power ‘pack noise control
WA
1500 rpm; 180 bar in dB
90
All transmission paths are present as in Fig. 5,
A separate frame supporting the motor and the 89
hydraulic pump is suspended by vibration isolators on
the reservoir lid, The reduction in structure-borne
sound transmission to the reservoir/machine structure
results in a small reduction in sound power.
86
The motor and pump frame is decoupled from the
reservoir, The connection from the pump to the valve
is made with a 2 m long hydraulic hose. This step
gives a further reduction of 3 dB due to the reduction
of structure-borne transmission to the reservoir,
The reservoir is removed from the reverberation room, 86
eliminating the airborne radiation from it, This does
not result in a further noise reduction, leadidng to the
conclusion that the reservoir was already sufficiently
decoupled in step 3.
85
The hydraulic pump is mounted on a conical flange
on the electric motor, which included a vibration
isolator, The fan is taken off the electric motor, and
watercooling is provided, This results in a reduction of
1 dB,
Finally the electric motor is encapsulated to reduce 81
the airborne noise radiated from its surface,
The conclusions from the experiments were as follows:
The sound pressure level of the airborne noise radiated from the surface of the hydrostatic
pump alone was 9 dB less than the sound power from the complete pack;
The major noise sources were structure-borne and liquid-borne contributions from the
hydrostatic pump;
The dominant structure-borne noise transmission paths were those between the pump and
motor and pump and resevoir;
The dominant radiating surfaces were those of the electric motor and the reservoir.
The hydraulic pump used in this example is not typical of the equipment currently available. Replacing the
hydraulic pump with one having less structure-borne and liquid-borne source strengths would have
reduced the overall sound power level.
11
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(E) 0 IS0
53 . Control of noise sources
5.3.1 Airborne noise sources
All streaming gases (e.g. air) can cause noise by turbulence, shock and pulsation.
Turbulence
Turbulence is a noise generating mechanism which has many different forms. Turbulence can create pure
tone components in flows over a cylinder, such as a chimney pipe. Tones are also generated by flow over a
cavity which is seen for instance in a flute or in cutters in woodworking machines. In channel flows, noise
can be generated by sharp corners, struts or valves.
Flows with high velocities at the nozzle exit or the tips of fans generate vortices due to the shear forces in
the contact region between the air which is not moving near the nozzle and the exciting flow. This gives rise
to broad band noise. The noise level and the spectrum of the noise depend on the flow velocity, the
viscosity of the medium and the geometry of the nozzle.
Reductions are achieved by lowering the flow velocity in the contact region. This can be done by lowering
the pressure difference, by using larger diameters or by providing a bypass flow, e.g. in nozzles or tube
exits.
Noise sources are localised by analysing the flow system for possible obstacles. Reduction is effected by
changing diameters of rods, by introducing spoilers on chimney stacks, by aerodynamic shaping or by
reduction of flow velocity.
A fan should be designed to operate with the tip speed as low as possible. Use variable speed instead of
throttling. Too little clearance between rotor and housing can increase noise generation.
Turbulence behind obstacles is avoided by removing obstacles, by minimising their number or by
aerodynamic shaping (avoid sharp edges).
Changing the geometry of nozzles or valves by using a branched or slit type will increase the frequency of
the generated sound which makes sound absorption and isolation easier.
Design rules to control turbulence in gases:
Reduce operating pressure;
Reduce pressure drops;
Minimise flow speed;
Optimise the jet outlet design to minimise velocity changes across a jet;
Minimise tip speed of rotors;
Avoid obstacles in the flow;
Improve flow geometry.
Shock and pulsation
In piston machines, volume and pressure pulsations occur because of an uneven volume flow. Since these
machines contain rotating components, pulsation occurs at frequencies proportional to the rotational
frequency, generating tonall noise. Reductions are obtained by reducing the rotational speed, and in high
pressure machines by reducing the operating pressure, if possible.
12
---------------------- Page: 16 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(E)
0 IS0
Shocks are generated by the fast release of a pressurised medium into a low pressure region. This happens
during the opening and closing of valves and in high pressure pneumatic motors and pumps. Shock noise
is reduced by slowing down the pressure-time variation either by reducing the pressure difference or by
increasing the rise time. Quasi-stable shocks are generated in supersonic gas flows, for example in exhaust
valves. These are reduced by reduction of the flow velocity.
By designing throat area variations at the opening of valves in such a way that only slow temporal variation
can occur, the noise can be minimised. Compression of trapped fluid in for instance piston or gear pumps
should be avoided through equalisation channels.
Single shocks from valves are broad band sources (generation of many frequencies). But shocks can occur
periodically, for instance in high pressure pumps and motors, resulting in periodic noise with frequencies at
the rotational frequency and multiples of this.
Stable shocks generated in valve exhausts due to velocities exceeding the normal speed of sound in air
cause intense broad band noise. This can be avoided by reducing the flow velocity.
Design rules to control shock and pulsation in gases:
Reduce speed of pressure change;
Avoid obstacles near a rotor.
5.3.2 Liquid-borne noise sources
Like air, liquids can also generate noise by turbulence, pulsation and shock. Therefore the same rules as
those mentioned in 5.3.1 can be applied.
Design rules to control liquid-borne noise sources:
Reduce pressure drops;
Minimise flow velocity;
Avoid obstacles in the flow;
Improve flow geometry;
Reduce speed of pressure change.
Cavitation
Cavitation occurs in liquids when the static pressure drops below the vapour pressure. This may happen for
instance in valves and pumps. In the region where the pressure is below the vapour pressure, cavitation
bubbles grow. During recompression the bubbles implode, giving rise to high pressures. Since
recompression often occurs by stagnation of flows on a surface, cavitation cannot only cause noise but can
also be strongly erosive.
Cavitation can be avoided, for example, by reducing the pressure drop per valve stage. Introducing more
stages can lead to the desired total pressure drop.
Cavitation is a broad band noise source.
13
---------------------- Page: 17 ----------------------
0 IS0
Design rules to control cavitation:
Reduce pressure drop;
Reduce flow velocity;
Increase static pressure;
Improve flow geometry to avoid cavitation;
Do not allow flow velocities exceeding I,5 m/s;
Keep suction lines short;
Place the reservoir higher than the pump inlet;
Use components with low flow resistance, e.g. sieves, valves etc.
5.3.3 Structure-borne noise sources
Impact
Impact noise is one of the most dominant noise sources in machinery. Many noise generating mechanisms
can be treated as periodic impacts. The most important parameters in impact noise are the mass and speed
of the impacting bodies
...
ISO
RAPPORT
TECHNIQUE TR 116884
Première édition
1995-03-I 5
Acoustique - Pratique recommandée
pour la conception de machines et
d’équipements à bruit réduit -
Partie 1:
Planification
Acoustics - Recommended practice for the design of low-noise
machinety and equipment -
Part 1: Planning
Numéro de référence
ISO/TR 11688-I :1995(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Page
Sommaire
1
. . . . . . .*.*.
Domaine d’application
2
Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conception méthodique et aspects acoustiques
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Étude conceptuelle et conception détaillée
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Réalisation de prototype à bruit réduit
32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
Essais finals
Annexes
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
Récapitulatif des règles de conception
38
Exigences relatives à la réduction du bruit à la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
. . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.
Informations à relever
46
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bibliographie
0 60 1995
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, blectronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans
l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Q ISO ISO/TR 11688-1:1995(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes
internationales, mais, exceptionnellement, un comité technique peut pro-
poser la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
- type 1, lorsque, en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être
réalisé en faveur de la publication d’une Norme internationale;
- type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de dévelop-
pement technique ou lorsque, pour toute autre raison, la possibilité
d’un accord pour la publication d’une Norme internationale peut être
envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat;
- type 3, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature dif-
férente de celles qui sont normalement publiées comme Normes
internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état
de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éventuellement
de leur transformation en Normes internationales. Les rapports techniques
du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés avant que les don-
nées fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 11688-1, rapport technique du type 3, a été élaboré par le comité
technique lSO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.
L’ISO 11688 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Acoustique - Pratique recommandée pour la conception de machi-
nes et d’équipements à bruit réduit:
- Partie 1: Planification
[Rapport technique]
- Partie 2: Introduction à /a physique de la conception à bruit réduit
---------------------- Page: 3 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Introduction
Le présent rapport technique international est un guide de conception de machines à bruit réduit.
La plupart des rapports techniques internationaux existants élaborés au sein de I’ISO/TC 43/SC 1
spécifient les méthodes de mesurage et/ou d’évaluation du bruit. L’objectif final du présent rapport
est toutefois la réduction du bruit des machines existantes ainsi qu’au stade de la conception.
II est primordial que les ingénieurs non experts dans le domaine acoustique soient impliqués dans
la pratique de la réduction du bruit. Il est de la plus haute importance que ces ingénieurs aient une
connaissance de base en matière de génération et de propagation du bruit et qu’ils comprennent
les principes fondamentaux des mesures de réduction du bruit. C’est pourquoi le présent rapport
sert également d’introduction à la terminologie de l’acoustique et de base d’acquisition de
connaissances supplémentaires en matière de réduction du bruit.
II est fortement nécessaire de favoriser, par la normalisation, la diffusion des règles de conception
données ici.
De telles considérations ont conduit à la préparation de rapports techniques internationaux dans le
domaine de la réduction du bruit.
---------------------- Page: 4 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE 0 BO ISO/TR 11688-1:1995(F)
Acoustique - Pratique recommandée pour la
conception de machines et d’équipements à bruit
réduit -
Partie 1:
Planification
Domaine d’application
1
Le présent rapport technique constitue une aide à la compréhension des concepts de base de la
réduction du bruit des machines et des équipements.
La pratique recommandée présentée dans ce document est destinée à aider le concepteur à
réduire le bruit du produit final à chaque étape de la conception. Un développement méthodique
des produits a été choisi pour servir de base à la structure du présent document (voir
paragraphe 4).
La liste des règles de conception présentées dans ce rapport technique international n’est pas
exhaustive. D’autres mesures techniques de réduction du bruit au stade de la conception peuvent
être utilisées si elles ont la même efficacité ou une efficacité supérieure.
Pour résoudre des problèmes sortant du cadre du présent rapport technique international, le
concepteur peut se reporter à la bibliographie de l’annexe D qui donne la situation générale des
manuels d’acoustique disponibles à la date de publication. Par ailleurs, référence est faite aux
nombreuses publications techniques traitant des problèmes acoustiques.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
0 ISO
2 Références
ISO 3744: 1994, 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.
OS0 3746: -Il, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de
bruit - Méthode d’expertise employant une surface de mesure enveloppante en champ essentiellement
libre au-dessus d’un plan réfléchissant.
ISO 4871: -l), Acoustique - Déclaration et vérification des valeurs d’émission sonore des machines et
équipements.
ISO 9611: -l), Acoustique - Caractéristique de l’émission sonore solidienne des machines pour l’estimation
du bruit aérien des structures fixées - Mesurage de la vitesse aux points de contact des machines à
montage élastique.
9614-I : 1993, Acoustique - Détermination intensimétrie des niveaux de puissance acoustique émis
ISO
Par
- Partie 1: Mesurages points.
les sources de bruit
Par Par
-Il, Acoustique - Détermination par intensimétrie des niveaux de puissance acoustique émis
ISO 9614-Z:
Partie 2: Mesurage par balayage.
par les sources de bruit -
ISO 11200: -l), Acoustique - Bruit émis par les machines et équipements - Lignes directrices pour
l’utilisation des normes de base pour la détermination des niveaux de pression acoustique d’émission aux
postes de travail et en d’autres positions spécifiées.
ISO 11689: -l), Acoustique - Collecte et comparaison systématiques des données d’émission sonore des
machines et équipements.
l)À publier.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
3 Définitions
Pour les besoins du présent rapport technique international, les définitions suivantes s’appliquent.
3.1
bruit aérien, liquidien et solidien
Son se propageant respectivement dans l’air, dans un liquide ou dans une structure solide.
3.2 composants acoustiques actifs
Composants des machines générant le bruit. Dans de nombreux cas, ce sont les organes qui
transforment la puissance en un travail mécanique à partir de sources d’énergie telles que
l’énergie électrique, mécanique ou magnétique, la pression hydraulique, les forces internes ou la
friction. D’autres “composants” du bruit peuvent être constitués par les zones non stationnaires
d’un écoulement et les surfaces de contact entre piéces en mouvement.
3.3 composants acoustiques passifs
Composants qui transmettent le bruit généré par les composants actifs. Ils ne contiennent pas de
sources sonores mais peuvent constituer des radiateurs de bruit dominants. Les composants
passifs classiques sont les éléments de la structure et les carters des machines.
3.4 bruit périodique
Evénement sonore se reproduisant périodiquement. Les sources de bruit périodique classiques
sont les roues dentées et les machines à piston. La caractéristique d’un bruit périodique est de
présenter un spectre de raies.
3.5 bruit tonal
Bruit dominé par un ou plusieurs sons purs nettement distincts.
3.6 bruit à large bande
Bruit causé soit par des chocs uniques, c’est-à-dire des pulsations de pression ou des impacts de
courte durée, soit par la turbulence dans un écoulement d’air ou de fluide. Un bruit à large bande
se caractérise par un spectre continu sur une largeur de bande importante mis en évidence par
l’analyse en fréquences.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
lSO/TR 11688-1:1995(F) 0 ISO
3.7 force d’excitation
La force d’excitation est indépendante des propriétés de la structure excitée ; citons sur ce point
l’exemple de l’action d’une source légère et souple sur une structure relativement rigide et lourde.
3.8 vitesse d’excitation
La vitesse d’excitation est indépendante des propriétés de la structure excitée ; citons sur ce point
l’exemple d’une structure légère et souple excitée par une source relativement massive.
3.9 réponse quasi-statique
Réponse de la machine à des fréquences inférieures à la plus faible fréquence de résonance.
3.10 réponse résonante
Réponse dans un domaine de fréquences de résonances distinctes.
3.11 réponse multi-résonante
Réponse dans un domaine de fréquences contenant de nombreuses résonances.
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 ISO ISO/TR 11688=1:1995(F)
Processus de conception
Réduction du bruit
Tâche de conception
1 Clarification des tâches
Exigences de comportement acoustique
- clarification des normes, exigences, état
à partir :
actuel de la technique, . . .
- des normes, des pouvoirs publics
- liste des spécifications
- de la législation des clients, de l’état actuel de la
technique
- de la concurrence, des arguments commerciaux
- de son expérience personnelle
-
. . .
4 2 Etude conceptuelle
Expérience et connaissances en
- recherches de principes de solution
acoustique nécessaires pour comparer
- comparaison entre différents concepts
plusieurs solutions
- choix du concept
- règles acoustiques
l- - formules approximatives
- informations de diagnostic
- expérience et exemples
- documentation, dessins
- modélisation acoustique et FEM
- dispositifs acoustiques
3 ConceRtion et détails
- force des sources partielles (aériennes, solidiennes
- choix des’dimensions, matériaux, . . .
et liquidiennes)
- comparaison (calculs et modélisation)
m
. . .
choix des détails de conception
i-
I
I
14 Réalisation de prototype Mesurage et réduction du bruit à l’aide du
I
- mesurages sur prototype
prototype
f -’
evaluation du comportement acoustique
- analyse et modification
b
- comparaison avec des références
- diagnostic acoustique
- essai final
- comparaison avec les exigences
. . .
l
Accord pour fabrication en série
Figure 1 : Etapes de la procédure de conception ; intervention des méthodes de réduction
du bruit dans le processus de conception
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
4 Conception méthodique et aspects acoustiques
La conception méthodique est une approche fonctionnelle qui utilise les informations provenant
d’un ensemble de disciplines, l’acoustique des machines par exemple. De cette manière, une base
est établie pour atteindre des buts et décider de la conception et du développement.
La procédure de conception peut être divisée en quatre phases (énumérées ci-dessous) classées
par spécificité croissante (voir figure 1). L’addition des informations de phase en phase permet le
tri de solutions alternatives en ce qui concerne les critères de conception spécifiques tels qu’un
faible niveau de bruit. Les phases de conception systématique sont les suivantes :
1) Clarification des tâches : Etablir une liste des exigences qui constitue le document de
contrôle de l’ensemble des tâches de conception. Intégrer dans cette liste les spécifications
relatives au bruit en se référant à la législation, à l’état de l’art, aux produits de la concurrence,
aux demandes clients ou au poids accordé au bruit des machines en tant qu’argument
commercial de l’entreprise. (Voir annexe B.)
2) Etude conceptuelle : Cette phase du processus de conception est centrée sur la réalisation
des objectifs visés. A ce stade, peu d’informations sont disponibles sur le produit final et le
comportement acoustique est souvent évalué par comparaison avec des conceptions
connues.
3) Conception et détails : Au fur et à mesure de la conception et du choix des composants
individuels, des évaluations quantitatives du comportement acoustique peuvent être effectuées
par la sélection d’options de conception.
4) Réalisation du prototype : Les mesurages effectués sur prototype permettent de quantifier
les sources de bruit principales et les voies de transmission du bruit. Cette phase peut indiquer
les mesures particulières conduisant à des modifications de conception. La conformité aux
exigences peut être confirmée par des mesurages.
Les procédures suivantes peuvent être appliquées à chacune des quatre phases décrites ci-
dessus. II est très important de suivre la méthodologie consistant à éliminer les problèmes de bruit
les plus dominants au stade de la conception et le plus tôt possible :
- La première étape du processus consiste à déterminer les principales sources de bruit
présentes dans la machine et à établir une liste de priorités ou un schéma (voir 5.2) ;
- Après avoir identifié les sources principales, il faut procéder à une analyse détaillée des
mécanismes acoustiques (voir 5.3) ;
- L’étape suivante consiste à analyser et décrire le rayonnement direct du bruit provenant des
sources vers le (les) point(s) récepteur(s) et sa transmission aux surfaces rayonnantes à
travers la structure (voir 5.4) ;
- L’étape finale est l’analyse du rayonnement de ces surfaces et la détermination des diverses
contributions au niveau de pression acoustique au (aux) point(s) récepteur(s) ;
- Déterminer quelle combinaison des mesures de réduction du bruit est optimale.
---------------------- Page: 10 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Dans la conception des machines à faible bruit, il convient d’essayer d’identifier les mécanismes
acoustiques de base en jeu en examinant la chaîne causale (figure 2).
Tous les processus de conception comportent des éléments récursifs. Ainsi, à chaque étape, une
décision doit être prise sur la nécessité de passer à l’étape suivante ou de répéter les étapes
précédentes.
Une illustration de la façon dont les différents mécanismes acoustiques sont reliés est donnée à la
figure 3. La première priorité dans la réduction du bruit est d’en identifier la source. Divers types
de sources sont portés dans le premier et le deuxième anneaux avec des mots clés
correspondant aux titres des paragraphes suivants.
Après avoir déterminé le type de source, la transmission à travers le milieu particulier se fera
comme l’indique le troisième anneau. Finalement, le bruit est rayonné à l’air libre ou excite une
structure. La figure peut être utilisée pour montrer que chaque source sonore possède ses
propres caractéristiques, son chemin de transmission spécifique à travers la structure et
l’excitation des surfaces rayonnantes. Pour réduire le bruit d’une machine présentant de nombreux
types de sources sonores différents, il est nécessaire d’analyser individuellement chaque source,
chemin de transmission et surface de rayonnement pour être à même d’en déterminer
l’importance relative. Le paragraphe suivant donne un exemple d’une telle machine.
Mécanisme acoustique Partie de la machine
I
Génération Source
,
Transmission Chemin
I I
Rayonnement Surface
Figure 2 : Chaîne causale de la génération du bruit
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
lSO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
Tf3ANSMISSION
Figure 3 : Modèle de base de la génération du bruit dans les machines
5 Etude conceptuelle et conception détailke
5.1 Généralités
Etant donné qu’une solution de conception comprend toujours le choix d’un principe de
fonctionnement physique et d‘un système fonctionnel, il est possible d’apporter les commentaires
généraux suivants sur le choix des concepts de conception :
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(F)
0 ISO
- Avec un degré de probabilité élevé, le mode de fonctionnement, où la vitesse et l’accélération
sont les plus faibles possibles, apporte la meilleure solution acoustique ;
- Pour un principe de fonctionnement donné, le bruit d’une machine peut être réduit en
modifiant la masse, la rigidité et Jamortissement de la structure. Des paramètres de conception
tels que le matériau, la,forme, la position, le nombre d’éléments, les dimensions, la structure et
le mode de liaisonpeuvent avoir une incidence considérable sur l’émission sonore. Si elles sont
correctement appliquées, ces modifications peuvent réduire la vibration et/ou le rayonnement
de la machine ;
- Un écoulement stationnaire de gaz et de liquides est plus silencieux qu’un écoulement non
stationnaire.
Dans la phase conceptuelle comme dans celle de la conception détaillée, la procédure décrite au
paragraphe 4, et développée dans. les paragraphes qui suivent, peut être utilisée pour le
diagnostic et les mesures de réduction du bruit. Dans la phase conceptuelle, seules des
estimations approchées, des règles de conception communes ou une comparaison avec des
solutions existantes sont possibles. Dans la phase de conception détaillée, les résultats des
calculs détaillés, des expériences de modélisation et de relevé peuvent s’appliquer.
5.2 Etapes de base
5.2.1 Modélisation acoustique et classement
Le comportement acoustique d’une machine comportant différentes sources de bruit peut être
visualisé au moyen d’un modèle acoustique de la machine (voir figure 2). Pour élaborer ce
modèle, le concepteur doit d’abord diviser la machine en composants actifs et passifs du bruit.
Ces composants peuvent avoir le pouvoir de générer, transmettre et rayonner le bruit aérien,
liquidien et solidien. II est par conséquent nécessaire d’analyser les “composants” du bruit pour
ces trois types de bruit. Le but de la subdivision est de permettre l’identification des sources de
bruit dominantes, des chemins de propagation et des surfaces rayonnantes.
Ainsi, le concepteur peut analyser les chemins par lesquels le bruit peut être propagé. Les
chemins sonores solidien, liquidien et aérien doivent être considérés. II faut en outre considérer le
rayonnement direct éventuel du bruit aérien provenant de composants actifs individuels.
Il faut identifier enfin les surfaces de la machine rayonnant le bruit.
Lorsqu’on a identifié les sources de bruit les plus importantes ainsi que leurs chemins de
transmission, on doit procéder à l’analyse des paramètres du processus. Les contributions
acoustiques dominantes doivent être traitées en premier. II est recommandé de traiter d’abord les
sources avant de s’occuper des chemins de transmission et des surfaces rayonnantes.
De sérieux problèmes de bruit peuvent être causés par la coi’ncidence entre les fréquences
d’excitation et les résonances dans les composants actifs et passifs.
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
Règles générales de conception
- diviser la machine en composants acoustiques actifs et passifs ;
- localiser les sources de bruit aérien, liquidien et solidien ;
- localiser les chemins sonores aérien, liquidien et solidien ;
- localiser les surfaces rayonnant le bruit ;
- identifier les contributions les plus importantes (sources, chemins de transmission, surfaces
rayonnantes).
5.2.2 Exemple
Le but de cet exemple est de démontrer comment la modélisation du bruit et le classement des
sources de bruit peuvent s’effectuer.
La figure 4 représente un bloc d’alimentation hydrostatique possédant des composants de bruit
actifs tels que le moteur électrique, la pompe hydraulique et une soupape.
Ces éléments sont tous connectés en circuit fermé au réservoir.
1
Soupape de sûreté
2
Tube de sortie (12 mm)
3
Raccord de réduction (25 mm - 12 mm)
4
Pompe
5 Bride antivibratile
6
Bride de montage
7
Carter
a
Accouplement antivibratile
9
Moteur électrique
10 Réservoir
Figure 4 : Bloc d’alimentation hydrostatique
Le bloc d’alimentation possède des sources de bruit actives représentant les sources de bruit
aérien, solidien et liquidien.
Pour visualiser la transmission du bruit à partir des différentes sources sonores de la machine, le
schéma synoptique de la figure 5 illustre sous forme graphique les mécanismes acoustiques
présents dans le bloc d’alimentation.
Les tableaux 1 à 3 répertorient les sources, les chemins de transmission et les surfaces rayonnant
le bruit.
10
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
Composants acoustiques
Composants acoustiques
actifs
passifs
/& ’ ’ ’ ‘, , ‘,
Moteur électrique ‘,** /, , ,
/ .‘//
.’
/
2%
Réservoir, tubes et structure de
la machine
0
Pompe hydraulique
Soupape
Légendes :
Bruit aérien
Bruit liquidien
Bruit solidien
Figure 5 : Modèle acoustique du bloc d’alimentation
II
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO/TR 11688-l :1995(F)
0 ISO
Tableau 1 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; sources de bruit
+
Légendes : A Bruit aérien
Contribution majeure
S Bruit solidien - Contribution mineure
L Bruit liquidien
A L
Composant Source S
Iloteur électrique Champ magnétique
+
Ventilateur
Déséquilibre
+ +
‘ompe hydraulique Pompage
Déséquilibre
ioupape de sûreté Réduction du débit
Instabilité de la soupape
12
---------------------- Page: 16 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
Tableau 2 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; chemins de transmission
+
Légendes : A Bruit aérien Contribution majeure
S Bruit solidien -
Contribution mineure
L Bruit liquidien
Composant Chemin A
S L
+
Moteur électrique Points de montage
-
Arbre
+
Pompe hydraulique Points de montage
-
Arbre
Liaisons fluides
I
Soupape de sûreté Points de montage
I
I
Liaisons fluides
+
Accouplement Eléments d’accouplement
I)
Tubes Tubes en acier
Fluide
+
Réservoir Points de montage
Plaques
Fluide
13
---------------------- Page: 17 ----------------------
ISO/TR 11688-l : 1995(F) 0 ISO
Tableau 3 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; surfaces rayonnantes
+
Légendes : A Bruit aérien Contribution majeure
S Bruit solidien - Contribution mineure
L Bruit liquidien
Surface rayonnante A S L
Composant
+
Carter
Moteur électrique
Pompe hydraulique Carter
Tubes Parois
+
Réservoir Parois
Plusieurs expériences ont été réalisées sur le bloc d’alimentation pour identifier les différents
sources, chemins et surfaces de rayonnement contribuant à l’émission sonore. Les résultats
principaux sont représentés dans le tableau 4 en tant que valeurs de la puissance acoustique
mesurées en salle réverbérante. Toutes ces expériences ont été effectuées dans les mêmes
conditions de fonctionnement.
14
---------------------- Page: 18 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l :1995(F)
Tableau 4: Bloc d’alimentation
hydrostatique; effet des mesures de réduction du bruit
Réduction du bruit du bloc d’alimentation 1 500 t/min ; 180 bar
LwA en dB
1 Tous les chemins de transmission sont présents comme
90
indiqué en figure 5.
2 Un châssis séparé supportant le moteur et la pompe 89
hydraulique est suspendu au moyen d’isolateurs
antivibratiles au-dessus du couvercle du réservoir. La
réduction de la transmission du bruit solidien au réservoir
et à la structure de la machine entraîne une légère
diminution de la puissance acoustique.
3 Le châssis du moteur et de la pompe est désolidarisé du 86
réservoir. La liaison entre la pompe et la soupape est
réalisée au moyen d’un tuyau hydraulique flexible de 2 m
de longueur. Cette étape entraîne une réduction
supplémentaire de 3 dB due à la diminution de la
transmission solidienne au réservoir.
Le réservoir est retiré de la salle réverbérante, éliminant
4 86
ainsi le rayonnement aérien provenant de ce dernier. Cette
opération n’entraîne pas de réduction supplémentaire du
bruit, ce qui tend à prouver que le réservoir était déjà
suffisamment désolidarisé à l’étape 3.
5 La pompe hydraulique est reliée au moteur électrique au 85
moyen d’une bride conique munie d’un isolateur
antivibratile. Le ventilateur du moteur électrique est enlevé
et par un système de refroidissement par eau est installé.
Ceci entraîne une réduction de 1 dB.
Finalement, le moteur est capoté afin de réduire le bruit 81
6
aérien rayonné par sa surface.
Les conclusions tirées de ces expériences ont été les suivantes :
- Le niveau de pression acoustique du bruit aérien rayonné par la surface de la pompe
hydraulique seule était inférieure de 9 dB à celui du bloc d’alimentation complet ;
- Les principales sources de bruit étaient les contributions aériennes et liquidiennes de la
pompe hydraulique ;
15
---------------------- Page: 19 ----------------------
ISO/TR 116884 : 1995(F)
0 ISO
- Les chemins de transmission du bruit solidien dominant étaient ceux situés entre pompe et
moteur et entre pompe et réservoir ;
- Les surfaces rayonnantes dominantes étaient celles du moteur électrique et du réservoir.
La pompe hydraulique utilisée dans cet exemple n’est pas typique de l’équipement couramment
employé. Le remplacement de la pompe hydraulique par une autre présentant un bruit de
structure et un bruit liquidien moindres aurait réduit le niveau de puissance acoustique global.
5.3 Action sur les sources de bruit
5.3.1 Sources de bruit aérien
Tous les écoulements gazeux (comme l’air) peuvent générer du bruit par turbulence, choc et
pulsation.
Turbulence
La turbulence est un mécanisme de génération du bruit pouvant prendre des formes diverses. La
turbulence peut créer des sons purs lorsque l’écoulement passe autour d’un cylindre, un tuyau de
cheminée par exemple. Des sons purs sont aussi générés par la circulation au-dessus d’une
cavité, ce qui est observé par exemple avec une flûte ou sur les outils de coupe des machines à
bois. Dans les écoulements guidés, le bruit peut être produit par les angles vifs, les renforts ou les
vannes.
Des écoulements à vitesse élevée en sortie de buse ou à l’extrémité des pales de ventilateurs
produisent des tourbillons dus aux forces de cisaillement dans la zone de contact entre l’air
immobile au voisinage de la buse et le flux d’excitation. Ce phénomène produit un bruit à large
bande. Le niveau et le spectre du bruit dépendent du débit, de la viscosité du milieu et de la
géométrie de la buse.
Des réductions sont obtenues en abaissant le débit dans la zone de contact. Ceci peut être réalisé
en diminuant le différentiel de pression, en utilisant des diamètres plus grands ou en prévoyant un
écoulement de dérivation, en sortie de buse ou de tube par exemple.
Les sources de bruit sont localisées en recherchant dans le système d’écoulement les obstacles
possibles. La réduction est obtenue en modifiant le diamètre des tiges, en introduisant des
déflecteurs sur les cheminées d’usine, en concevant une forme aérodynamique ou
...
ISO
RAPPORT
TECHNIQUE TR 116884
Première édition
1995-03-I 5
Acoustique - Pratique recommandée
pour la conception de machines et
d’équipements à bruit réduit -
Partie 1:
Planification
Acoustics - Recommended practice for the design of low-noise
machinety and equipment -
Part 1: Planning
Numéro de référence
ISO/TR 11688-I :1995(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Page
Sommaire
1
. . . . . . .*.*.
Domaine d’application
2
Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conception méthodique et aspects acoustiques
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Étude conceptuelle et conception détaillée
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Réalisation de prototype à bruit réduit
32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
Essais finals
Annexes
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .*.
Récapitulatif des règles de conception
38
Exigences relatives à la réduction du bruit à la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
. . . . . . . . . . . . . . . . .*.*.
Informations à relever
46
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Bibliographie
0 60 1995
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, blectronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans
l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-1211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
Q ISO ISO/TR 11688-1:1995(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes
internationales, mais, exceptionnellement, un comité technique peut pro-
poser la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants:
- type 1, lorsque, en dépit de maints efforts, l’accord requis ne peut être
réalisé en faveur de la publication d’une Norme internationale;
- type 2, lorsque le sujet en question est encore en cours de dévelop-
pement technique ou lorsque, pour toute autre raison, la possibilité
d’un accord pour la publication d’une Norme internationale peut être
envisagée pour l’avenir mais pas dans l’immédiat;
- type 3, lorsqu’un comité technique a réuni des données de nature dif-
férente de celles qui sont normalement publiées comme Normes
internationales (ceci pouvant comprendre des informations sur l’état
de la technique, par exemple).
Les rapports techniques des types 1 et 2 font l’objet d’un nouvel examen
trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éventuellement
de leur transformation en Normes internationales. Les rapports techniques
du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés avant que les don-
nées fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 11688-1, rapport technique du type 3, a été élaboré par le comité
technique lSO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.
L’ISO 11688 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Acoustique - Pratique recommandée pour la conception de machi-
nes et d’équipements à bruit réduit:
- Partie 1: Planification
[Rapport technique]
- Partie 2: Introduction à /a physique de la conception à bruit réduit
---------------------- Page: 3 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Introduction
Le présent rapport technique international est un guide de conception de machines à bruit réduit.
La plupart des rapports techniques internationaux existants élaborés au sein de I’ISO/TC 43/SC 1
spécifient les méthodes de mesurage et/ou d’évaluation du bruit. L’objectif final du présent rapport
est toutefois la réduction du bruit des machines existantes ainsi qu’au stade de la conception.
II est primordial que les ingénieurs non experts dans le domaine acoustique soient impliqués dans
la pratique de la réduction du bruit. Il est de la plus haute importance que ces ingénieurs aient une
connaissance de base en matière de génération et de propagation du bruit et qu’ils comprennent
les principes fondamentaux des mesures de réduction du bruit. C’est pourquoi le présent rapport
sert également d’introduction à la terminologie de l’acoustique et de base d’acquisition de
connaissances supplémentaires en matière de réduction du bruit.
II est fortement nécessaire de favoriser, par la normalisation, la diffusion des règles de conception
données ici.
De telles considérations ont conduit à la préparation de rapports techniques internationaux dans le
domaine de la réduction du bruit.
---------------------- Page: 4 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE 0 BO ISO/TR 11688-1:1995(F)
Acoustique - Pratique recommandée pour la
conception de machines et d’équipements à bruit
réduit -
Partie 1:
Planification
Domaine d’application
1
Le présent rapport technique constitue une aide à la compréhension des concepts de base de la
réduction du bruit des machines et des équipements.
La pratique recommandée présentée dans ce document est destinée à aider le concepteur à
réduire le bruit du produit final à chaque étape de la conception. Un développement méthodique
des produits a été choisi pour servir de base à la structure du présent document (voir
paragraphe 4).
La liste des règles de conception présentées dans ce rapport technique international n’est pas
exhaustive. D’autres mesures techniques de réduction du bruit au stade de la conception peuvent
être utilisées si elles ont la même efficacité ou une efficacité supérieure.
Pour résoudre des problèmes sortant du cadre du présent rapport technique international, le
concepteur peut se reporter à la bibliographie de l’annexe D qui donne la situation générale des
manuels d’acoustique disponibles à la date de publication. Par ailleurs, référence est faite aux
nombreuses publications techniques traitant des problèmes acoustiques.
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
0 ISO
2 Références
ISO 3744: 1994, 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.
OS0 3746: -Il, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de
bruit - Méthode d’expertise employant une surface de mesure enveloppante en champ essentiellement
libre au-dessus d’un plan réfléchissant.
ISO 4871: -l), Acoustique - Déclaration et vérification des valeurs d’émission sonore des machines et
équipements.
ISO 9611: -l), Acoustique - Caractéristique de l’émission sonore solidienne des machines pour l’estimation
du bruit aérien des structures fixées - Mesurage de la vitesse aux points de contact des machines à
montage élastique.
9614-I : 1993, Acoustique - Détermination intensimétrie des niveaux de puissance acoustique émis
ISO
Par
- Partie 1: Mesurages points.
les sources de bruit
Par Par
-Il, Acoustique - Détermination par intensimétrie des niveaux de puissance acoustique émis
ISO 9614-Z:
Partie 2: Mesurage par balayage.
par les sources de bruit -
ISO 11200: -l), Acoustique - Bruit émis par les machines et équipements - Lignes directrices pour
l’utilisation des normes de base pour la détermination des niveaux de pression acoustique d’émission aux
postes de travail et en d’autres positions spécifiées.
ISO 11689: -l), Acoustique - Collecte et comparaison systématiques des données d’émission sonore des
machines et équipements.
l)À publier.
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
3 Définitions
Pour les besoins du présent rapport technique international, les définitions suivantes s’appliquent.
3.1
bruit aérien, liquidien et solidien
Son se propageant respectivement dans l’air, dans un liquide ou dans une structure solide.
3.2 composants acoustiques actifs
Composants des machines générant le bruit. Dans de nombreux cas, ce sont les organes qui
transforment la puissance en un travail mécanique à partir de sources d’énergie telles que
l’énergie électrique, mécanique ou magnétique, la pression hydraulique, les forces internes ou la
friction. D’autres “composants” du bruit peuvent être constitués par les zones non stationnaires
d’un écoulement et les surfaces de contact entre piéces en mouvement.
3.3 composants acoustiques passifs
Composants qui transmettent le bruit généré par les composants actifs. Ils ne contiennent pas de
sources sonores mais peuvent constituer des radiateurs de bruit dominants. Les composants
passifs classiques sont les éléments de la structure et les carters des machines.
3.4 bruit périodique
Evénement sonore se reproduisant périodiquement. Les sources de bruit périodique classiques
sont les roues dentées et les machines à piston. La caractéristique d’un bruit périodique est de
présenter un spectre de raies.
3.5 bruit tonal
Bruit dominé par un ou plusieurs sons purs nettement distincts.
3.6 bruit à large bande
Bruit causé soit par des chocs uniques, c’est-à-dire des pulsations de pression ou des impacts de
courte durée, soit par la turbulence dans un écoulement d’air ou de fluide. Un bruit à large bande
se caractérise par un spectre continu sur une largeur de bande importante mis en évidence par
l’analyse en fréquences.
3
---------------------- Page: 7 ----------------------
lSO/TR 11688-1:1995(F) 0 ISO
3.7 force d’excitation
La force d’excitation est indépendante des propriétés de la structure excitée ; citons sur ce point
l’exemple de l’action d’une source légère et souple sur une structure relativement rigide et lourde.
3.8 vitesse d’excitation
La vitesse d’excitation est indépendante des propriétés de la structure excitée ; citons sur ce point
l’exemple d’une structure légère et souple excitée par une source relativement massive.
3.9 réponse quasi-statique
Réponse de la machine à des fréquences inférieures à la plus faible fréquence de résonance.
3.10 réponse résonante
Réponse dans un domaine de fréquences de résonances distinctes.
3.11 réponse multi-résonante
Réponse dans un domaine de fréquences contenant de nombreuses résonances.
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 ISO ISO/TR 11688=1:1995(F)
Processus de conception
Réduction du bruit
Tâche de conception
1 Clarification des tâches
Exigences de comportement acoustique
- clarification des normes, exigences, état
à partir :
actuel de la technique, . . .
- des normes, des pouvoirs publics
- liste des spécifications
- de la législation des clients, de l’état actuel de la
technique
- de la concurrence, des arguments commerciaux
- de son expérience personnelle
-
. . .
4 2 Etude conceptuelle
Expérience et connaissances en
- recherches de principes de solution
acoustique nécessaires pour comparer
- comparaison entre différents concepts
plusieurs solutions
- choix du concept
- règles acoustiques
l- - formules approximatives
- informations de diagnostic
- expérience et exemples
- documentation, dessins
- modélisation acoustique et FEM
- dispositifs acoustiques
3 ConceRtion et détails
- force des sources partielles (aériennes, solidiennes
- choix des’dimensions, matériaux, . . .
et liquidiennes)
- comparaison (calculs et modélisation)
m
. . .
choix des détails de conception
i-
I
I
14 Réalisation de prototype Mesurage et réduction du bruit à l’aide du
I
- mesurages sur prototype
prototype
f -’
evaluation du comportement acoustique
- analyse et modification
b
- comparaison avec des références
- diagnostic acoustique
- essai final
- comparaison avec les exigences
. . .
l
Accord pour fabrication en série
Figure 1 : Etapes de la procédure de conception ; intervention des méthodes de réduction
du bruit dans le processus de conception
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
4 Conception méthodique et aspects acoustiques
La conception méthodique est une approche fonctionnelle qui utilise les informations provenant
d’un ensemble de disciplines, l’acoustique des machines par exemple. De cette manière, une base
est établie pour atteindre des buts et décider de la conception et du développement.
La procédure de conception peut être divisée en quatre phases (énumérées ci-dessous) classées
par spécificité croissante (voir figure 1). L’addition des informations de phase en phase permet le
tri de solutions alternatives en ce qui concerne les critères de conception spécifiques tels qu’un
faible niveau de bruit. Les phases de conception systématique sont les suivantes :
1) Clarification des tâches : Etablir une liste des exigences qui constitue le document de
contrôle de l’ensemble des tâches de conception. Intégrer dans cette liste les spécifications
relatives au bruit en se référant à la législation, à l’état de l’art, aux produits de la concurrence,
aux demandes clients ou au poids accordé au bruit des machines en tant qu’argument
commercial de l’entreprise. (Voir annexe B.)
2) Etude conceptuelle : Cette phase du processus de conception est centrée sur la réalisation
des objectifs visés. A ce stade, peu d’informations sont disponibles sur le produit final et le
comportement acoustique est souvent évalué par comparaison avec des conceptions
connues.
3) Conception et détails : Au fur et à mesure de la conception et du choix des composants
individuels, des évaluations quantitatives du comportement acoustique peuvent être effectuées
par la sélection d’options de conception.
4) Réalisation du prototype : Les mesurages effectués sur prototype permettent de quantifier
les sources de bruit principales et les voies de transmission du bruit. Cette phase peut indiquer
les mesures particulières conduisant à des modifications de conception. La conformité aux
exigences peut être confirmée par des mesurages.
Les procédures suivantes peuvent être appliquées à chacune des quatre phases décrites ci-
dessus. II est très important de suivre la méthodologie consistant à éliminer les problèmes de bruit
les plus dominants au stade de la conception et le plus tôt possible :
- La première étape du processus consiste à déterminer les principales sources de bruit
présentes dans la machine et à établir une liste de priorités ou un schéma (voir 5.2) ;
- Après avoir identifié les sources principales, il faut procéder à une analyse détaillée des
mécanismes acoustiques (voir 5.3) ;
- L’étape suivante consiste à analyser et décrire le rayonnement direct du bruit provenant des
sources vers le (les) point(s) récepteur(s) et sa transmission aux surfaces rayonnantes à
travers la structure (voir 5.4) ;
- L’étape finale est l’analyse du rayonnement de ces surfaces et la détermination des diverses
contributions au niveau de pression acoustique au (aux) point(s) récepteur(s) ;
- Déterminer quelle combinaison des mesures de réduction du bruit est optimale.
---------------------- Page: 10 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-1:1995(F)
Dans la conception des machines à faible bruit, il convient d’essayer d’identifier les mécanismes
acoustiques de base en jeu en examinant la chaîne causale (figure 2).
Tous les processus de conception comportent des éléments récursifs. Ainsi, à chaque étape, une
décision doit être prise sur la nécessité de passer à l’étape suivante ou de répéter les étapes
précédentes.
Une illustration de la façon dont les différents mécanismes acoustiques sont reliés est donnée à la
figure 3. La première priorité dans la réduction du bruit est d’en identifier la source. Divers types
de sources sont portés dans le premier et le deuxième anneaux avec des mots clés
correspondant aux titres des paragraphes suivants.
Après avoir déterminé le type de source, la transmission à travers le milieu particulier se fera
comme l’indique le troisième anneau. Finalement, le bruit est rayonné à l’air libre ou excite une
structure. La figure peut être utilisée pour montrer que chaque source sonore possède ses
propres caractéristiques, son chemin de transmission spécifique à travers la structure et
l’excitation des surfaces rayonnantes. Pour réduire le bruit d’une machine présentant de nombreux
types de sources sonores différents, il est nécessaire d’analyser individuellement chaque source,
chemin de transmission et surface de rayonnement pour être à même d’en déterminer
l’importance relative. Le paragraphe suivant donne un exemple d’une telle machine.
Mécanisme acoustique Partie de la machine
I
Génération Source
,
Transmission Chemin
I I
Rayonnement Surface
Figure 2 : Chaîne causale de la génération du bruit
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
lSO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
Tf3ANSMISSION
Figure 3 : Modèle de base de la génération du bruit dans les machines
5 Etude conceptuelle et conception détailke
5.1 Généralités
Etant donné qu’une solution de conception comprend toujours le choix d’un principe de
fonctionnement physique et d‘un système fonctionnel, il est possible d’apporter les commentaires
généraux suivants sur le choix des concepts de conception :
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO/TR 11688=1:1995(F)
0 ISO
- Avec un degré de probabilité élevé, le mode de fonctionnement, où la vitesse et l’accélération
sont les plus faibles possibles, apporte la meilleure solution acoustique ;
- Pour un principe de fonctionnement donné, le bruit d’une machine peut être réduit en
modifiant la masse, la rigidité et Jamortissement de la structure. Des paramètres de conception
tels que le matériau, la,forme, la position, le nombre d’éléments, les dimensions, la structure et
le mode de liaisonpeuvent avoir une incidence considérable sur l’émission sonore. Si elles sont
correctement appliquées, ces modifications peuvent réduire la vibration et/ou le rayonnement
de la machine ;
- Un écoulement stationnaire de gaz et de liquides est plus silencieux qu’un écoulement non
stationnaire.
Dans la phase conceptuelle comme dans celle de la conception détaillée, la procédure décrite au
paragraphe 4, et développée dans. les paragraphes qui suivent, peut être utilisée pour le
diagnostic et les mesures de réduction du bruit. Dans la phase conceptuelle, seules des
estimations approchées, des règles de conception communes ou une comparaison avec des
solutions existantes sont possibles. Dans la phase de conception détaillée, les résultats des
calculs détaillés, des expériences de modélisation et de relevé peuvent s’appliquer.
5.2 Etapes de base
5.2.1 Modélisation acoustique et classement
Le comportement acoustique d’une machine comportant différentes sources de bruit peut être
visualisé au moyen d’un modèle acoustique de la machine (voir figure 2). Pour élaborer ce
modèle, le concepteur doit d’abord diviser la machine en composants actifs et passifs du bruit.
Ces composants peuvent avoir le pouvoir de générer, transmettre et rayonner le bruit aérien,
liquidien et solidien. II est par conséquent nécessaire d’analyser les “composants” du bruit pour
ces trois types de bruit. Le but de la subdivision est de permettre l’identification des sources de
bruit dominantes, des chemins de propagation et des surfaces rayonnantes.
Ainsi, le concepteur peut analyser les chemins par lesquels le bruit peut être propagé. Les
chemins sonores solidien, liquidien et aérien doivent être considérés. II faut en outre considérer le
rayonnement direct éventuel du bruit aérien provenant de composants actifs individuels.
Il faut identifier enfin les surfaces de la machine rayonnant le bruit.
Lorsqu’on a identifié les sources de bruit les plus importantes ainsi que leurs chemins de
transmission, on doit procéder à l’analyse des paramètres du processus. Les contributions
acoustiques dominantes doivent être traitées en premier. II est recommandé de traiter d’abord les
sources avant de s’occuper des chemins de transmission et des surfaces rayonnantes.
De sérieux problèmes de bruit peuvent être causés par la coi’ncidence entre les fréquences
d’excitation et les résonances dans les composants actifs et passifs.
9
---------------------- Page: 13 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
Règles générales de conception
- diviser la machine en composants acoustiques actifs et passifs ;
- localiser les sources de bruit aérien, liquidien et solidien ;
- localiser les chemins sonores aérien, liquidien et solidien ;
- localiser les surfaces rayonnant le bruit ;
- identifier les contributions les plus importantes (sources, chemins de transmission, surfaces
rayonnantes).
5.2.2 Exemple
Le but de cet exemple est de démontrer comment la modélisation du bruit et le classement des
sources de bruit peuvent s’effectuer.
La figure 4 représente un bloc d’alimentation hydrostatique possédant des composants de bruit
actifs tels que le moteur électrique, la pompe hydraulique et une soupape.
Ces éléments sont tous connectés en circuit fermé au réservoir.
1
Soupape de sûreté
2
Tube de sortie (12 mm)
3
Raccord de réduction (25 mm - 12 mm)
4
Pompe
5 Bride antivibratile
6
Bride de montage
7
Carter
a
Accouplement antivibratile
9
Moteur électrique
10 Réservoir
Figure 4 : Bloc d’alimentation hydrostatique
Le bloc d’alimentation possède des sources de bruit actives représentant les sources de bruit
aérien, solidien et liquidien.
Pour visualiser la transmission du bruit à partir des différentes sources sonores de la machine, le
schéma synoptique de la figure 5 illustre sous forme graphique les mécanismes acoustiques
présents dans le bloc d’alimentation.
Les tableaux 1 à 3 répertorient les sources, les chemins de transmission et les surfaces rayonnant
le bruit.
10
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO/TR 11688-1:1995(F)
0 ISO
Composants acoustiques
Composants acoustiques
actifs
passifs
/& ’ ’ ’ ‘, , ‘,
Moteur électrique ‘,** /, , ,
/ .‘//
.’
/
2%
Réservoir, tubes et structure de
la machine
0
Pompe hydraulique
Soupape
Légendes :
Bruit aérien
Bruit liquidien
Bruit solidien
Figure 5 : Modèle acoustique du bloc d’alimentation
II
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO/TR 11688-l :1995(F)
0 ISO
Tableau 1 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; sources de bruit
+
Légendes : A Bruit aérien
Contribution majeure
S Bruit solidien - Contribution mineure
L Bruit liquidien
A L
Composant Source S
Iloteur électrique Champ magnétique
+
Ventilateur
Déséquilibre
+ +
‘ompe hydraulique Pompage
Déséquilibre
ioupape de sûreté Réduction du débit
Instabilité de la soupape
12
---------------------- Page: 16 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l : 1995(F)
Tableau 2 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; chemins de transmission
+
Légendes : A Bruit aérien Contribution majeure
S Bruit solidien -
Contribution mineure
L Bruit liquidien
Composant Chemin A
S L
+
Moteur électrique Points de montage
-
Arbre
+
Pompe hydraulique Points de montage
-
Arbre
Liaisons fluides
I
Soupape de sûreté Points de montage
I
I
Liaisons fluides
+
Accouplement Eléments d’accouplement
I)
Tubes Tubes en acier
Fluide
+
Réservoir Points de montage
Plaques
Fluide
13
---------------------- Page: 17 ----------------------
ISO/TR 11688-l : 1995(F) 0 ISO
Tableau 3 : Bloc d’alimentation hydrostatique ; surfaces rayonnantes
+
Légendes : A Bruit aérien Contribution majeure
S Bruit solidien - Contribution mineure
L Bruit liquidien
Surface rayonnante A S L
Composant
+
Carter
Moteur électrique
Pompe hydraulique Carter
Tubes Parois
+
Réservoir Parois
Plusieurs expériences ont été réalisées sur le bloc d’alimentation pour identifier les différents
sources, chemins et surfaces de rayonnement contribuant à l’émission sonore. Les résultats
principaux sont représentés dans le tableau 4 en tant que valeurs de la puissance acoustique
mesurées en salle réverbérante. Toutes ces expériences ont été effectuées dans les mêmes
conditions de fonctionnement.
14
---------------------- Page: 18 ----------------------
0 ISO
ISO/TR 11688-l :1995(F)
Tableau 4: Bloc d’alimentation
hydrostatique; effet des mesures de réduction du bruit
Réduction du bruit du bloc d’alimentation 1 500 t/min ; 180 bar
LwA en dB
1 Tous les chemins de transmission sont présents comme
90
indiqué en figure 5.
2 Un châssis séparé supportant le moteur et la pompe 89
hydraulique est suspendu au moyen d’isolateurs
antivibratiles au-dessus du couvercle du réservoir. La
réduction de la transmission du bruit solidien au réservoir
et à la structure de la machine entraîne une légère
diminution de la puissance acoustique.
3 Le châssis du moteur et de la pompe est désolidarisé du 86
réservoir. La liaison entre la pompe et la soupape est
réalisée au moyen d’un tuyau hydraulique flexible de 2 m
de longueur. Cette étape entraîne une réduction
supplémentaire de 3 dB due à la diminution de la
transmission solidienne au réservoir.
Le réservoir est retiré de la salle réverbérante, éliminant
4 86
ainsi le rayonnement aérien provenant de ce dernier. Cette
opération n’entraîne pas de réduction supplémentaire du
bruit, ce qui tend à prouver que le réservoir était déjà
suffisamment désolidarisé à l’étape 3.
5 La pompe hydraulique est reliée au moteur électrique au 85
moyen d’une bride conique munie d’un isolateur
antivibratile. Le ventilateur du moteur électrique est enlevé
et par un système de refroidissement par eau est installé.
Ceci entraîne une réduction de 1 dB.
Finalement, le moteur est capoté afin de réduire le bruit 81
6
aérien rayonné par sa surface.
Les conclusions tirées de ces expériences ont été les suivantes :
- Le niveau de pression acoustique du bruit aérien rayonné par la surface de la pompe
hydraulique seule était inférieure de 9 dB à celui du bloc d’alimentation complet ;
- Les principales sources de bruit étaient les contributions aériennes et liquidiennes de la
pompe hydraulique ;
15
---------------------- Page: 19 ----------------------
ISO/TR 116884 : 1995(F)
0 ISO
- Les chemins de transmission du bruit solidien dominant étaient ceux situés entre pompe et
moteur et entre pompe et réservoir ;
- Les surfaces rayonnantes dominantes étaient celles du moteur électrique et du réservoir.
La pompe hydraulique utilisée dans cet exemple n’est pas typique de l’équipement couramment
employé. Le remplacement de la pompe hydraulique par une autre présentant un bruit de
structure et un bruit liquidien moindres aurait réduit le niveau de puissance acoustique global.
5.3 Action sur les sources de bruit
5.3.1 Sources de bruit aérien
Tous les écoulements gazeux (comme l’air) peuvent générer du bruit par turbulence, choc et
pulsation.
Turbulence
La turbulence est un mécanisme de génération du bruit pouvant prendre des formes diverses. La
turbulence peut créer des sons purs lorsque l’écoulement passe autour d’un cylindre, un tuyau de
cheminée par exemple. Des sons purs sont aussi générés par la circulation au-dessus d’une
cavité, ce qui est observé par exemple avec une flûte ou sur les outils de coupe des machines à
bois. Dans les écoulements guidés, le bruit peut être produit par les angles vifs, les renforts ou les
vannes.
Des écoulements à vitesse élevée en sortie de buse ou à l’extrémité des pales de ventilateurs
produisent des tourbillons dus aux forces de cisaillement dans la zone de contact entre l’air
immobile au voisinage de la buse et le flux d’excitation. Ce phénomène produit un bruit à large
bande. Le niveau et le spectre du bruit dépendent du débit, de la viscosité du milieu et de la
géométrie de la buse.
Des réductions sont obtenues en abaissant le débit dans la zone de contact. Ceci peut être réalisé
en diminuant le différentiel de pression, en utilisant des diamètres plus grands ou en prévoyant un
écoulement de dérivation, en sortie de buse ou de tube par exemple.
Les sources de bruit sont localisées en recherchant dans le système d’écoulement les obstacles
possibles. La réduction est obtenue en modifiant le diamètre des tiges, en introduisant des
déflecteurs sur les cheminées d’usine, en concevant une forme aérodynamique ou
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.