Le présent ouvrage traite de l'utilisation de tampons viscoélastiques appliqués par dépressurisation (Vac Damp) pour réduire les bruits d'impact pouvant entraîner une perte d'ouïe chez les assembleurs de larges structures. On s'attarde notamment à la nature du bruit d'accélération provoqué par un marteau sur une structure flexible et à la capacité des Vac Damps de le contrôler. On tente aussi de confirmer ou d'expliquer certains résultats antérieurs, obtenus en champ lointain sur le bruit de réverbération. L'objectif ultime est de minimiser les risques de surdité chez les riveurs industriels.

La recherche comporte deux phases. La première a trait au développement d'un outil pratique et peu coûteux permettant de visualiser le champ acoustique d'une source unique. Une recherche bibliographique et commerciale a été menée et a conduit à Ia sélection et à 1'éIaboration d'un système d'holographie acoustique en champ proche (NAH). Ce système, développé à partir des principes fondamentaux de la NAH, est constitué d'équipements de provenances diverses. La conception de plusieurs procédures numériques contribue au progrès technique dans le domaine de la NAJ3 où un nombre restreint de capteurs est utilisé. Ces méthodes sont décrites comme suit dans le présent document, soit:​ une procédure d'étalonnage de phase des micros;​ une procédure dite d'harmonisation des données, qui permet de synthétiser un pian de mesures comprenant plus de points spatiaux que de micros;​ de même que la création et I'évaluation d'un filtre spatial et d'une fenêtre à deux dimensions comme traitements anti-fuite. De plus, sept techniques de séparation des bruits d'accélération et de réverbération, élaborées pour les bienfaits de cette recherche, ont été soumises à une évaluation comparative.

La seconde phase de l'étude, de nature expérimentale, a pour but I'évaluation des Vac Damps en tant que réducteurs du bruit d'impact dans la direction où se trouve normalement un riveur. Un banc d'essais a été monté dans le but de simuIer l'action d'un marteau pneumatique sur une structure. Il est constitué d'une plaque rectangulaire simplement supportée sur son pourtour et d'un marteau électromécanique dont la fréquence de frappe est similaire à celle de son homologue destiné au rivetage. Les essais ont été effectués en chambre anéchoïque. La plaque d'essais a d'abord été testée sans aucun traitement, dans le but d'établir une base de comparaison. Par la suite, diverses configurations symétriques et dissymétriques de Vac Damps ont été étudiées, afin d'obtenir les données nécessaires à leur optimisation. Le champ acoustique consécutif aux impacts a été échantillonné dans le temps et dans l'espace. Les échantillons temporels et la distribution spatiale de l'énergie acoustique d'accélération et de réverbération ont été étudiés. Par la suite, ces échantillons ont été traités par holographie acoustique en champ proche dans l'intention d'analyser la propagation du bruit d'accélération et l'influence des Vac Damps sur cette propagation.

Le présent document expose plusieurs observations qui corroborent l'hypothèse d'un glissement à l'interface des Vac Damps et de la plaque d'essais. Par ailleurs, une relation directe est établie entre l'atténuation du bruit d'accélération et l'épaisseur des tampons. La relation inverse établie entre la durée de bruit d'accélération en champ lointain et les dimensions des tampons est expliquée. On démontre en outre que lorsque les tampons sont collés, plutôt qu'appliqués par dépressurisation, le champ acoustique en basses fréquences est très intimement lié au mode de vibration avoisinant.

La propagation du bruit dYaccéIération est décrite et l'influence des Vac Damps sur celui-ci est analysée pour la première fois. La durée en champ proche du bruit d'accélération dans l'axe de frappe est assimilée à celle du contact. L'onde de flexion dans la plaque est un vecteur principal de propagation du son, en particulier aux fréquences supersoniques. Le bruit d'accélération de basses fréquences est peu propagatif, alors que celui de hautes fréquences est plutôt centré sur l'axe normal à la structure. Les Vac Damps amortissent l'onde de flexion et, par conséquent, réduisent l'amplitude et la durée du bruit d'accéléracon, en dehors de l'axe de frappe surtout.

On démontre mathématiquement et expérimentalement que la pression acoustique d'accélération est symétrique autour de l'axe d'impact. Une relation mathématique est écrite entre Ia fréquence critique d'un laminé simplement supporté et sa première fréquence naturelle. Cette relation permet de conclure que la fréquence critique de la plaque d'essais doit diminuer si des tampons viscoélastiques y sont collés. On confirme expérimentalement que les Vac Damps occasionnent une diminution de cette fréquence.

Le résultat le plus important de cette étude est certes la découverte de zones de basse pression dans le champ acoustique d'accéIération, Iors de l'utilisation des tampons sans couche viscoélastique ou de tampons collés. Ces zones pourront éventuellement être mises à profit pour réduire le niveau du bruit d'impact atteignant la tête d'un ouvrier.

Hearing impairment can be caused by long term exposure to industrial impact noises such as that produced when riveting large structures. The purpose of this thesis was to evaluate how vacuum applied viscoelastic pads (Vac Damp) could be used for impact noise reduction. The nature of the acceleration noise from a point-irnpacted flexible structure was to be confirmed. The possible use of Vac Damps to control this noise was to be determined. Previous results concerning the far field ringing noise were to be confirmed or explained. This project ultimately aims at reducing the hearing Ioss incidence arnong riveters.

The research involved two steps. The first one was the development of a low cost acoustic field visualisation tool, to be used on a single source. As a result of bibliographical and commercial investigations, it was decided that a Nearfield Acoustical Holography @AH) system should be put together. This home-made system is based on the NAH fundamental principles and was built from scratch. Due to the restricted number and quaiity of the transducers, numerous signal processing techniques were developed and contribute to the technical progress within the NAH field. These novel techniques are described herein. They are:​ a phase caiibration procedure for the microphones;​ a data harmonization procedure that allows the NAH measurement plane to include more spatial sampling points than there are microphones;​ a new anti-leak treatrnent that uses a two-dimensional spatial window and filter. In addition, seven acceleration / ringing noise separation techniques were formulated and evaluated.

The second part of this research involved experiments on Vac Damps. The purpose was to evaluate the pads for the impact noise control, in the direction of a worker's relative position to the impact point. The test bench included a vertical rectangular plate, sirnply supported around al1 edges, and an eIectromechanical harnmer. The bench was built for the simulation of a pneumatic rivet gun acting on a structure. The hammer's impact frequency is similar to that of the gun. The experiments were peiformed inside an anechoic chamber. First, the bare test-plate's response was studied, in order to produce a cornparison basis. Subsequently, various syrnrnetrical and asymmetrkal Vac Damp configurations were applied and tested for ulterior optimisation of the treatment. In each case, the acoustic field produced by the impacts was time- and space-sampled. The tirne data, as weil as the spatial energy distribution of the acceleration and ringing noises, were studied. The sarnples were then NAH-processed and analysed for determination of the acceleration noise propagation process. The influence of Vac Damps on this propagation was evaluated.

A number of observations are exposed herein, that corroborate the occurrence of slippage at the pad-plate interface. A direct relationship is confimed between the pads' thickness and the acceleration noise attenuation. The inverse relationship between the duration of the acceleration noise and the size of the pads is explained. It is also shown that the neighbouring vibration mode of the system dominates the low-frequency acoustic field, for adhesive-bonded pads configurations.

For the first time, the propagation of the acceleration noise from a Vac Darnp applied structure is studied. The near field duration of this noise along the impact axis is deemed comparable to the contact duration. The low-frequency components are rather diffuse, whereas the higher-frequency cornponents are concentrated dong the normal axis to the plate. The supersonic frequencies are propagated partly by flexural waves along the plate. The Vac Damps dampen this flexuraI wave and thus reduce the acceleration noise amplitude, away from the impact axis.

Mathematical and experimental determination of the acceleration pressure signals show that the acceteration noise is syrnrnetrical about the impact axis. A mathematical rdationship expresses the critical frequency of a simply supported laminate in terms of its first natural frequency. It infers that the test-plate's criticai frequency should diminish when adhesive bonded darnping pads are applied. Experimental results show that this frequency is in fact reduced by the presence of Vac Damps.

This research concludes to one most important result. It is the presence, due to the use of non viscoelastic layered Vac Damps, of low-pressure areas in the acceleration noise field. These low-pressure zones could become a great advantage for impact noise reduction around a riveter's head.