At low frequency where the acoustic wavelength is greater than the size of the vibrating structure, the radiated acoustic power is directly related to the volume velocity of the structure. Thus, minimizing the volume velocity is an effective noise reduction approach for low frequency structurally radiated noise. This thesis analytically investigates a passive volume velocity noise control device for acoustic surface treatment of planar structures. The device is referred to as a weak radiating cell. This device consists of two mechanically coupled surfaces such that, when placed on a vibrating structure, the response of the two surfaces are nearly out-of-phase and of equal strength over a wide frequency range. The response of the two surfaces forms a local acoustic dipole, with minimum volume velocity, that results in noise reduction. Thus, the control of low frequency structurally radiated noise is achieved by covering the structure with an array of these weak radiating cells. Several numerical models are developed to investigate the weak radiating cell noise control mechanisms. The first model consists of a simply supported beam treated with an array of weak radiating cell. In this model, the dynamic interaction effects between the beam and the cells are included. Results from this model predict an overall sound power level reduction of 9.8 dB between 0-1600 Hz and 20 dB between 0-251 Hz. In addition, this model is used to investigate techniques to improve the noise reduction capabilities of the device. A model of weak radiating cells applied to a simply supported plate is next developed as an extension of the beam model. The results from this model are compared to previous experimental data. Good agreement is observed between results, which validates the modeling technique. Lastly, a model of an infinite 2D plate treated with weak radiating cells is developed. The model does not consider any dynamic interaction effect between the structure and the cells. Only the acoustic behavior of the weak radiating cell is included in this model. In addition, both the structural and acoustic responses are obtained in closed form through a wavenumber transform approach. Each of these models and their results offer valuable information that results in a better understanding the weak radiating cell and it potential as a low frequency passive noise control device. / Master of Science

Ce projet de doctorat consiste en la proposition d'une solution technologique d'un résonateur de Helmholtz adaptatif à volume variable, permettant ainsi de s'affranchir du caractère mono-fréquentiel des résonateurs de Helmholtz passifs. Le réglage de volume s'effectue grâce à l'utilisation d'une membrane en polymère électroactif (EAP), permettant ainsi d'accorder les résonances du résonateur de Helmholtz. Le comportement mécanique de ces matériaux est modifié lorsqu'ils sont stimulés par un champ électrique. Des améliorations significatives en perte par transmission acoustique sont obtenues en basses fréquences par deux effets: la variation de raideur de la membrane et l'augmentation de volume due à la déformation de la membrane. Des études numériques, analytiques et expérimentales sont réalisées pour déterminer le potentiel des concepts proposés. Enfin, une structure périodique contenant 9 résonateurs adaptatifs à membranes électroactives est étudiée en champs diffus permettant d'évaluer les performances acoustiques du concept distribué. / This main goal of the project consists in proposing a technological solution of an adaptive Helmholtz resonator with variable volume, which allows to overcome the mono-frequency character of passive Helmholtz resonators. The volume control is achieved by the use of an electroactive polymer membrane (EAP), allowing the resonances of the Helmholtz resonator to be tuned. The mechanical behavior of these materials changes when they are stimulated by an electric field. Significant improvements in acoustic transmission loss are obtained at low frequencies by two effects: the variation of stiffness of the membrane and the increase of volume due to the deformation of the membrane. Numerical, analytical and experimental studies are carried out to determine the potential of the proposed concepts. Finally, a periodic structure containing 9 adaptive resonators with electroactive membranes is studied in diffuse fields to evaluate the acoustic performances of the distributed concept.

A malha urbana das grandes cidades tem sido ocupada, principalmente nos grandes centros, por vários edifícios corporativos, localizados em pólos administrativos onde os ruídos urbanos são constantes. Além dos ruídos externos a que o edifício fica exposto, existem também os ruídos internos, ambos impactando no conforto e produtividade de seus ocupantes, trazendo problemas para a empresa. Tendo a situação brevemente descrita acima como preocupante, este trabalho tem por objetivo geral, investigar quais materiais industrializados para tratamento acústico e quais técnicas são utilizadas, para redução e controle, da propagação de ruídos aéreos em edifícios de escritórios, nos últimos dez anos. Incluem-se assim o estudo e apresentação das características técnicas para especificação de forros acústicos, barreiras acústicas, tratamento de paredes, pisos, layout e mobiliário, vidros acústicos, tratamento dos ruídos gerados pelo ar condicionado e mascaramento sonoro. O objetivo específico neste trabalho é analisar os materiais utilizados para tratamento acústico, baseado nos índices de classificação acústica, seja este de absorção ou isolamento, com relação ao desempenho do material. São eles: NRC (Índice de Redução Sonora), \'alfa\' (Coeficiente de Absorção), \'alfa\'w (Coeficiente de Absorção Sonora Ponderado) Rw (Índice de Redução Acústica) e STC (Classe de Transmissão Sonora). Esta pesquisa tem como resultado a centralização de dados técnicos referente à utilização de materiais acústicos para controle de ruídos aéreos em edifícios de escritórios; a análise das classificações e desempenhos e a avaliação da disponibilização de informações técnicas nos catálogos brasileiros de produtos. Tal resultado oferecerá uma base de consulta para obtenção de critérios durante a especificação e elaboração de projetos de espaços corporativos. O trabalho conclui apontando observações da autora, referentes à utilização dos materiais e técnicas e a necessidade de criação e produção de um maior portfólio de produtos. / Big cities have been taken the ground thought freeways and avenues, where constant and loud noise takes place. At theses ways, corporate edifices are also often established, so they naturally become exposed to the external noise interference, regardless the own internal facilities noising. The consequence is that people how work at these places are more prone to be less productive, turning it into a drawback to the corporate. The scenario described above is very concerning. This general research objective is to study techniques and industrialized material in order to reduce and control the noise propagation thought the air on for corporate facilities, focused at the last ten years time frame. It will focus on study and present the technical characteristics for acoustic absorption and/or isolation of roof lining, acoustic barriers, walls, floor, office layout, furniture, glasses, air-conditioner, and sound masking techniques. The specific research objective is to analyze the materials for acoustic handling, based on acoustic classification indexes that relate to the material performance, for absorption and isolation, as listed: NRC (Noise Reduction Coefficient), \'alfa\' (Sound Absorption Coefficient), \'alfa\'w (Pounder Sound Absorption Coefficient), Rw (Noise Reduction Index) and STC (Sound Transmission Class). The objective of this research is to be a single point of reference for technical data regarding the utilization of materials that can be used to control the sound propagation thought the air on corporate edifices; the classification of analysis and performance as well as the evaluation of technical information available on Brazilian product catalogs. The research result offers a baseline for those who look for criteria during the speciation and implementation of corporative spaces. The conclusion of this work is done with the Authors considerations regarding the utilization of materials and techniques, as well the necessity of creation and production of wider product portfolio.

A malha urbana das grandes cidades tem sido ocupada, principalmente nos grandes centros, por vários edifícios corporativos, localizados em pólos administrativos onde os ruídos urbanos são constantes. Além dos ruídos externos a que o edifício fica exposto, existem também os ruídos internos, ambos impactando no conforto e produtividade de seus ocupantes, trazendo problemas para a empresa. Tendo a situação brevemente descrita acima como preocupante, este trabalho tem por objetivo geral, investigar quais materiais industrializados para tratamento acústico e quais técnicas são utilizadas, para redução e controle, da propagação de ruídos aéreos em edifícios de escritórios, nos últimos dez anos. Incluem-se assim o estudo e apresentação das características técnicas para especificação de forros acústicos, barreiras acústicas, tratamento de paredes, pisos, layout e mobiliário, vidros acústicos, tratamento dos ruídos gerados pelo ar condicionado e mascaramento sonoro. O objetivo específico neste trabalho é analisar os materiais utilizados para tratamento acústico, baseado nos índices de classificação acústica, seja este de absorção ou isolamento, com relação ao desempenho do material. São eles: NRC (Índice de Redução Sonora), \'alfa\' (Coeficiente de Absorção), \'alfa\'w (Coeficiente de Absorção Sonora Ponderado) Rw (Índice de Redução Acústica) e STC (Classe de Transmissão Sonora). Esta pesquisa tem como resultado a centralização de dados técnicos referente à utilização de materiais acústicos para controle de ruídos aéreos em edifícios de escritórios; a análise das classificações e desempenhos e a avaliação da disponibilização de informações técnicas nos catálogos brasileiros de produtos. Tal resultado oferecerá uma base de consulta para obtenção de critérios durante a especificação e elaboração de projetos de espaços corporativos. O trabalho conclui apontando observações da autora, referentes à utilização dos materiais e técnicas e a necessidade de criação e produção de um maior portfólio de produtos. / Big cities have been taken the ground thought freeways and avenues, where constant and loud noise takes place. At theses ways, corporate edifices are also often established, so they naturally become exposed to the external noise interference, regardless the own internal facilities noising. The consequence is that people how work at these places are more prone to be less productive, turning it into a drawback to the corporate. The scenario described above is very concerning. This general research objective is to study techniques and industrialized material in order to reduce and control the noise propagation thought the air on for corporate facilities, focused at the last ten years time frame. It will focus on study and present the technical characteristics for acoustic absorption and/or isolation of roof lining, acoustic barriers, walls, floor, office layout, furniture, glasses, air-conditioner, and sound masking techniques. The specific research objective is to analyze the materials for acoustic handling, based on acoustic classification indexes that relate to the material performance, for absorption and isolation, as listed: NRC (Noise Reduction Coefficient), \'alfa\' (Sound Absorption Coefficient), \'alfa\'w (Pounder Sound Absorption Coefficient), Rw (Noise Reduction Index) and STC (Sound Transmission Class). The objective of this research is to be a single point of reference for technical data regarding the utilization of materials that can be used to control the sound propagation thought the air on corporate edifices; the classification of analysis and performance as well as the evaluation of technical information available on Brazilian product catalogs. The research result offers a baseline for those who look for criteria during the speciation and implementation of corporative spaces. The conclusion of this work is done with the Authors considerations regarding the utilization of materials and techniques, as well the necessity of creation and production of wider product portfolio.