bases de l’acoustique - free

BASES DE L’ACOUSTIQUE

Table des matières

1. Son pur .............................................................................................................................................. 2

1.1. Période ...................................................................................................................................... 2

1.2. Pression acoustique ................................................................................................................ 2

1.3. Fréquence ................................................................................................................................. 3

1.4. Vitesse de propagation du son (ou célérité) ..................................................................... 4

1.5. Longueur d’onde....................................................................................................................... 4

2. Bruit................................................................................................................................................... 5

2.1. Spectre acoustique ................................................................................................................ 5

2.2. Bandes de fréquence.............................................................................................................. 5

2.3. Niveau de pression acoustique............................................................................................. 6

2.4. Niveau de puissance acoustique........................................................................................... 7

2.5. Addition de plusieurs sources sonores .............................................................................. 8

2.6. Pondération A .......................................................................................................................... 9

2.7. Mesure du bruit ..................................................................................................................... 11

3. Propagation des bruits dans l’air................................................................................................12

3.1. Facteur de directivité d’une source ..................................................................................12

3.2. Propagation du bruit en champ libre .................................................................................12

3.3. Constante d’absorption d’un local.......................................................................................13

3.4. Propagation du bruit dans un local .....................................................................................15

4. Réduction du bruit.........................................................................................................................17

4.1. Réduction de la puissance de la source.............................................................................17

4.2. Dispositifs anti-vibratiles....................................................................................................19

4.3. Capotage des machines........................................................................................................20

4.4. Parois absorbantes ................................................................................................................21

4.5. Écrans acoustiques ...............................................................................................................23

4.6. Isolation acoustique .............................................................................................................24

1. Son pur

Un son est produit par la vibration d’un système mécanique, comme les cordes vocales d’une personne, la membrane d’un haut-parleur, la corde d’un instrument de musique… Cette source sonore transmet sa vibration à l’air environnant et crée une onde sonore qui se propage dans toutes les directions. En un point donné, on peut observer une variation cyclique de la pression de l’air.

Dans le cas d’un son pur, l’onde sonore est de forme sinusoïdale.

1.1. Période

La période est la durée d’un cycle complet de vibration. Elle s’exprime en seconde.

1.2. Pression acoustique

Dans une période, la pression de l’air est alternativement supérieure puis inférieure à la pression atmosphérique. En prenant comme référence la pression atmosphérique, la pression est tantôt positive (surpression), tantôt négative (dépression). La pression acoustique est la valeur moyenne de l’alternance positive. Elle s’exprime en pascals [Pa] et sa valeur dépend de la puissance de la source acoustique.

Temps [s]

Pression [Pa]

Source de son pur (vibration d’un diapason

par exemple)

Onde sonore

Période

La variation de pression de l’air est

sinusoïdale

Pression atmosphérique

Pression acoustique + +

- -

Figure 1 : Nature d'un son pur

1.3. Fréquence

La fréquence est le nombre de période en une seconde. Elle s’exprime en hertz, symbole Hz.

Par exemple, si la période dure 0,001 seconde, la fréquence est 1/0,001 = 1000 Hz.

L’oreille humaine est capable de percevoir uniquement les sons dont la fréquence est comprise entre 20 et 20 000 Hz, dans le meilleur des cas (oreille jeune et entraînée).

Les sons sont classés selon leur fréquence :

• Les infra-sons : inférieurs à 20 Hz • Les graves : entre 20 et 400 Hz • Les médiums : entre 400 et 1 600 Hz • Les aigus : entre 1 600 et 20 000 Hz • Les ultra-sons : supérieurs à 20 000Hz

Fréquence en Hz

10

100

1 000

10 000

20

20 000

400

1 600

Sons audibles

Sons aigus

Sons médiums

Sons graves

Infra-sons

Ultra-sons

Figure 2 : Classement des sons en fonction de leur fréquence

1.4. Vitesse de propagation du son (ou célérité)

Le son se propage dans tous les milieux solides, liquides ou gazeux, à une vitesse fixe mais qui dépend du milieu. Voici quelques valeurs arrondies :

• Acier : 5000 m/s (18 000 km/h) • Béton : 3000 m/s (10 800 km/h) • L’eau : 1500 m/s (5400 km/h) • L’air à 20 °C : 340 m/s (1200 km/h)

Cette propriété est utilisée par les sonars pour mesurer la profondeur d’eau sous les bateaux. Un son est émis dans l’eau. Il se propage jusqu’au fond, où il se réfléchit en formant son écho, qui est capté par le sonar. En mesurant le temps écoulé entre le son émis et son écho reçu, on en déduit la distance parcourue. La profondeur d’eau est la moitié de cette distance. Par exemple, si le sonar mesure 0,1 seconde entre le bip émis et son écho, il indique que la profondeur est :

Prof = d / 2 = v . t / 2 = 1500 x 0,1 / 2 = 75 m

Dans l’air, le phénomène d’écho nous permet facilement de percevoir que le son met un temps appréciable pour se déplacer.

1.5. Longueur d’onde

La longueur d’onde est la distance parcourue pendant une période (temps d’un cycle de l’onde). On a donc les formules :

Par exemple, un son de fréquence 1000 Hz a une longueur d’onde dans l’air de :

340 / 1000 = 0,34 m

Distance [m]

Pression Pression

Grande longueur d’onde

Petite longueur d’onde

Distance [m]

Son aigu : grande fréquence Son grave : petite fréquence

Figure 4 : Longueur d'onde de sons aigu et grave, dans le même milieu

2. Bruit Un bruit est un ensemble complexe de sons purs, teinté d’une connotation négative. C’est donc la superposition d’une multitude de sons purs, de fréquence et de pression acoustique différentes.

2.1. Spectre acoustique

Un bruit est représenté graphiquement par son spectre acoustique qui indique pour chaque fréquence, la pression acoustique.

2.2. Bandes de fréquence

Pour simplifier l’analyse d’un bruit, on découpe le spectre acoustique en bandes de fréquence, généralement d’une octave (d’une demi-octave ou d’un tiers d’octave, pour une analyse plus fine).

Chaque bande d’octave est désignée par une fréquence moyenne et s’étend d’une fréquence initiale à une fréquence finale, telles que :

• Fréquence initiale = fréquence moyenne divisée par racine de deux • Fréquence finale = fréquence moyenne multipliée par racine de deux

La bande suivante est donc toujours le double de la précédente.

Contrairement à la musique qui positionne la fréquence initiale avec la note "la" 440 Hz, en acoustique on part de la fréquence moyenne 1000 Hz et on obtient les bandes par octave :

• 2000, 4000, 8000 et 16 000 Hz, du coté des aigus • 500, 250, 125, 63 et 31,5 Hz, du coté des graves.

En découpant le spectre d’un bruit en octaves, on le modélise avec seulement 10 valeurs de pression acoustique moyenne, une pour chaque bande de fréquence.

Bandes d’octave

[Hz]

31,5 63 125 250 500 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000

Fréquences extrêmes

[Hz] 22 44 88 176 353 707 1 414 2 828 5 656 11 313 22 627

Figure 5 : Spectre acoustique d'un bruit (exemple)

Figure 6 : Bandes de fréquence par octave

2.3. Niveau de pression acoustique

L’oreille humaine est capable de percevoir les pressions acoustiques comprises entre 2 . 10-5 (seuil d’audibilité) et 20 pascals (seuil de la douleur).

Comme la gamme de pressions audibles est très large (dans un rapport de 1 à 1 million) et pour simplifier les valeurs, on a défini un niveau de pression acoustique avec une échelle logarithmique et qui s’exprime en décibel, noté [dB].

Pression acoustique [Pa]

Fréquence [Hz] 31

,5 63 125

250

500

1 00

0

2 00

0

4 00

0

8 00

0

16 0

00

Bandes de fréquence [Hz]

Figure 7 : Modélisation d'un spectre en bandes de fréquence

avec : Lp : niveau de pression acoustique, en décibel,

p : pression acoustique au point d’écoute, en pascal

p0 : pression acoustique de référence (seuil d’audibilité = 2 . 10-5 Pa)

Donnons quelques exemples :

Pression acoustique [Pa]

Niveau de pression acoustique [dB]

Seuil d’audibilité 2 . 10-5 0

Conversation 0,02 60

Atelier bruyant 0,2 80

Seuil de douleur 20 120

2.4. Niveau de puissance acoustique

La puissance acoustique est la puissance émise par la source, sous forme de vibration. On utilise encore une échelle logarithmique et le décibel, pour exprimer le niveau de puissance acoustique.

avec : Lw : niveau de puissance acoustique, en décibel,

W : puissance acoustique de la source, en watts,

W0 : puissance acoustique de référence (10-12 W)

Donnons quelques exemples :

Puissance acoustique [W] Niveau de puissance acoustique [dB]

Chuchotements 1 . 10-8 40

Conversation 2 . 10-5 73

Automobile à 70 km/h 2 110

Le niveau de puissance acoustique est une caractéristique de la source, contrairement au niveau de pression acoustique, qui lui dépend de la distance, de l’absorption des parois, etc…

2.5. Addition de plusieurs sources sonores

Lorsque plusieurs sources fonctionnent simultanément, leur puissance acoustique s’additionnent mais pas leur niveau de puissance acoustique. Le niveau résultant LR se calcule par la formule :

Exemple : Lw1 = 75 dB et Lw2 = 80 dB

Par le calcul, on trouve le niveau de puissance résultant :

LwR = 10 . log (107,5 + 108) = 81,2 dB

On peut aussi aboutir à ce résultat grâce au graphique suivant :

Écart entre les 2 niveaux = 80 - 75 = 5 dB

Niveau à ajouter au niveau le plus élevé = 1,2 dB

Le niveau résultant est : LwR = 80 + 1,2 = 81,2 dB

Le résultat est très différent de la somme des niveaux : 75 + 80 = 155 dB

Il faut noter que lorsque double la puissance d’une source, le niveau de puissance acoustique augmente seulement de 3 décibels. Le niveau de pression acoustique au point d’écoute augmente lui aussi de 3 décibels.

Cette formule ou ce graphique sont donc utilisables avec Lw et Lp.

On peut aussi remarquer que si l’écart de niveaux entre deux sources est supérieur à 12 décibels, l’augmentation de niveau créée par la source la plus faible est négligeable. Cette source est couverte par la source principale.

Prenons un nouvel exemple : Un haut parleur produit un niveau de pression acoustique de 60 dB au point d’écoute. Combien de haut-parleurs identiques, placés au même endroit sont nécessaires pour atteindre le niveau 72 dB ?

Niveau à ajouter au niveau le plus élevé [dB]

1 0

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Écart entre les 2 niveaux [dB]

1

2

3

1,2

Figure 8 : Addition de deux niveaux (de puissances ou pressions) acoustiques

Le calcul est très simple :

2 x 1 = 2 haut-parleurs produiront : 60 + 3 = 63 dB




2.6. Pondération A

L’oreille humaine n’est pas un appareil haute fidélité. Elle perçoit très bien les fréquences voisines de 1000 hertz, correspondant à la parole. En revanche, les sons aigus et surtout graves sont perçus plus difficilement, comme atténués.

Plusieurs pondérations des niveaux de pression ont été définies pour prendre en compte cet effet physiologique, mais en pratique, on applique toujours la pondération A. Elle est donnée dans le tableau ci-dessous, pour chaque bande de fréquence.

Bandes de fréquences

[Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2 000 4 000 8 000 16 000

Pondération A [dB] -39,4 -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 +1,2 +1,0 -1,1 -6,6

Après avoir pondéré le niveau de pression acoustique dans chaque bande de fréquence, on "additionne" tous ces niveaux pour trouver un niveau de pression global pondéré. Son unité devient le dB(A) pour le différencier du niveau global non pondéré, exprimé en dB ou dB(lin).

Afin de satisfaire au confort des personnes, on fixe un niveau de pression global pondéré à ne pas dépasser pour chaque type de locaux.

Types de locaux Niveau de pression global pondéré maximal recommandé [dB(A)]

Studios de radio ou TV 30

Salles de conférences, chambres d’hôtel, pièces principales des logements 35

Bibliothèques 40

Bureaux, laboratoires 45

Ateliers de mécanique 80

Le code du travail prévoit que si le niveau dépasse 80 dB(A), l’employeur est tenu de mettre à disposition des dispositifs de protection individuels (bouchons d’oreille, casque antibruit, etc…). Au-delà de 85 dB(A), l’employeur a obligation de mettre en œuvre des mesures visant à réduire l’exposition au bruit du travailleur.

Exemple : On désire savoir si le bruit dans une salle de classe est acceptable. Pour cela, on a noté le niveau de pression acoustique dans chaque bande de fréquence, dans le tableau ci-dessous. On calcule maintenant le niveau de pression global pondéré.

Bandes de fréquence [Hz] 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000

Niveau de pression acoustique Lp [dB]

49 51 56 53 49 48 44 39 38 36

Pondération A [dB]

-39,4 -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 +1,2 +1,0 -1,1 -6,6

Niveau de pression pondéré LpA [dB(A)]

9,6 24,8 39,9 44,4 45,8 48,0 45,2 40,0 36,9 29,4

Niveau de pression global pondéré LpGA [dB(A)]

52,7

Dans chaque bande de fréquence, on applique la pondération A. Bans la bande 31,5 Hz : LpA = 49 – 39,4 = 9,6 Hz

Puis on superpose les niveaux de bruit grâce à la formule du § 2.5 :

LpGA = 10 x log (100,96 + 102,48 + 103,99 + 104,44 + 104,58 + 104,80 + 104,52 + 104,00 + 103,69 + 102,94)

LpGA = 10 x log (9,12 + 302 + 9772 + 27542 + 38019 + 63096 + 33113 + 10000 + 4898 + 871) =

LpGA = 52,7 dB(A)

On peut en conclure que le niveau de bruit est excessif pour ce type de local.

On peut aussi remarquer que les niveaux de pression pondérés dans les bandes de fréquence 31,5 et 63 Hz d’une part, 8 000 et 16 000 Hz d’autre part, sont négligeables devant les niveaux de pression des fréquences moyennes.

Figure 9 : Sonomètre affichant un niveau de pression global pondéré A, avec les valeurs mini et maxi (Photo Kimo®)

2.7. Mesure du bruit

L’appareil qui mesure les niveaux de bruit est le sonomètre.

Il comprend un micro avec une bonnette en mousse (indispensable pour mesurer le bruit à l’extérieur, car le vent crée du bruit dans le micro), un clavier de sélection des fonctions et un afficheur numérique.

La forme profilée du sonomètre évite que les ondes réfléchies sur l’appareil, atteignent le micro.

Les modèles les plus simples affichent uniquement le niveau de pression acoustique pondéré, en dB(A). Ils comportent des fonctions mini, maxi et moyenne, très utiles lors de mesure de bruits rapides ou fluctuants (exemple : coups de marteau).

Les modèles plus sophistiqués affichent en plus le niveau dans chaque bande de fréquences (octave, demi-octave, tiers d’octave), pondéré ou non. L’analyse est bien plus fine et permet une recherche de solutions mieux adaptées aux fréquences à réduire.

Les fabricants proposent en accessoire, un calibrateur. C’est un petit appareil qui se fixe sur le micro et qui émet un son parfaitement calibré en fréquence et en puissance. Le sonomètre peut alors s’étalonner sur cette source.

Figure 10 : Sonomètre avec analyseur par bandes de fréquence (Photo Bruel & Kjaer®)

3. Propagation des bruits dans l’air

3.1. Facteur de directivité d’une source

Il est fort rare qu’une source de bruit émette la même énergie acoustique dans toutes les directions. Par exemple, le haut-parleur d’une enceinte diffuse plus d’énergie face à lui que dans les autres directions.

Le facteur de directivité Q, est le rapport entre l’énergie acoustique transmise dans la direction qui nous intéresse, sur l’énergie acoustique transmise par une source théorique, de diffusion parfaitement uniforme et de même puissance.

En première approche, on peut considérer que le facteur de directivité Q est l’inverse de la fraction d’espace dans lequel la source transmet son énergie. Par exemple, si elle diffuse dans un quart de l’espace, alors Q = 4.

Le porte-voix utilise ce principe en réduisant l’espace de diffusion à un cône très étroit. Toute la puissance de la source est presque entièrement canalisée et concentrée dans une seule direction. Son coefficient de directivité Q dans l’axe du cône est donc très grand et pratiquement nul dans les autres directions.

3.2. Propagation du bruit en champ libre

Le champ est libre lorsqu’il n’existe aucun obstacle entre la source acoustique et le point d’écoute, ni aucune surface à proximité capable de réfléchir l’onde sonore.

Le niveau de pression acoustique au point d’écoute se calcule alors, par la formule :

avec : Lp : niveau de pression acoustique au point d’écoute, en décibel,

Lw : niveau de puissance acoustique de la source, en décibel,

Q : facteur de directivité de la source,

r : distance entre la source et le point d’écoute, en mètre.

Source

Énergie transmise dans tout l’espace

Q = 1

Énergie transmise dans un

demi-espace

Q = 2

Énergie transmise dans un quart

d’espace

Q = 4

Énergie transmise dans un huitième

d’espace

Q = 8

Figure 11 : Facteur de directivité d'une source acoustique

Exemple : L’arbitre est au centre d’un terrain de foot sans tribune. Son sifflet a une puissance acoustique de 100 dB. Déterminer le niveau de pression acoustique perçu par un premier joueur placé à 10 m de l’arbitre et un second à 40 m.

L’énergie acoustique du sifflet est émise dans un demi-espace, de façon uniforme, donc le facteur de directivité est égal à 2.

Niveau de pression acoustique perçu par le joueur 1 :

Lp = 100 + 10 x log [2/(4 π x 102)] = 100 + 10 x log (1,59 . 10-3) = 100 – 28 = 72 dB

Niveau de pression acoustique perçu par le joueur 2 :

Lp = 100 + 10 x log [2/(4 π x 402)] = 100 + 10 x log (9,95 . 10-5) = 100 – 40 = 60 dB

D’une façon plus simple, on peut retenir que le niveau de pression acoustique diminue de 6 décibels chaque fois que la distance à la source double.

Comme ici, on a 72 dB à 10 m, on aura :

72 – 6 = 66 dB à 2 x 10 = 20 m

66 – 6 = 60 dB à 2 x 20 = 40 m

60 – 6 = 54 dB à 2 x 40 = 80 m……

La formule précédente est aussi utilisée en sens inverse pour connaitre le niveau de puissance acoustique d’une source, à partir d’une mesure de niveau de pression réalisée avec un sonomètre.

3.3. Constante d’absorption d’un local

Quand une onde sonore rencontre un obstacle, elle se réfléchit dessus mais lui communique aussi une partie de son énergie. La paroi se met à vibrer et transmet le bruit à partir de son autre face.

La part d’onde absorbée et réfléchie par la paroi, dépend de sa nature. Le coefficient d’absorption acoustique α, exprime le rapport entre l’énergie absorbée et l’énergie reçue par la paroi. Plus le matériau constitutif est dur et rigide, plus la paroi réfléchit l’onde sonore. A l’inverse, un matériau mou ou poreux absorbe une grande part du bruit.

Source de bruit Onde

directe

Onde réfléchie

Onde transmise

Paroi de séparation

Onde absorbée

Figure 12 : Réflexion, absorption et transmission d'un bruit par une paroi

Type de paroi Coefficient d’absorption α dans la bande 1000 Hz

Brique 0,03

Vitre 4 mm 0,08

Vitre 12 mm 0,02

Parquet bois 0,12

Moquette 0,45

Liège 0,18

Tissu coton 0,18

Tissu velours 0,52

Feutre 0,62

Plâtre perforé 0,72

Laine minérale 0,96

Connaissant la nature et la surface de chaque paroi constituant un local, il est possible grâce à un calcul fastidieux et approximatif de déterminer la constante d’absorption du local, noté RL et dont l’unité est le mètre carré.

avec : S : Surface de l’ensemble des parois du local, en m2

Aeq : Surface d’absorption équivalente du local, en m2

La surface d’absorption équivalente est aussi appelée surface de fenêtre ouverte. Elle représente une surface virtuelle dans laquelle le son serait absorbé en totalité et se calcule par la somme des produits des coefficients d’absorption par la surface de chaque paroi.

Dans les locaux existants, on peut déterminer RL indirectement, en mesurant le temps de réverbération du local Tr, en seconde. Il correspond au temps nécessaire pour que le niveau de bruit chute de 60 dB, lors de l’arrêt de la source sonore. Il est en général compris entre 0,2 et 4 secondes.

Dans un studio d’enregistrement, le volume est limité et toutes les parois sont garnies de matériaux absorbants. La constante d’absorption du local RL est très grande et le temps de réverbération Tr est très court. On parle de local sourd ; le son de notre voix ne nous revient pas.

A l’opposé, dans une cathédrale, le volume est très grand et toutes les parois sont très peu absorbantes. La constante d’absorption du local RL est très petite et le temps de réverbération est très long. On parle de local réverbérant ; le son de la voix « tourne » en formant un écho.

3.4. Propagation du bruit dans un local

Dans un local, on distingue deux zones concentriques, autour de la source de bruit :

• Le champ direct : A proximité de la source, l’onde directe est prépondérante devant les ondes réfléchies par les parois. Le niveau de pression acoustique dépend de la distance à la source, comme en champ libre.

• Le champ réverbéré : A proximité d’une paroi, les ondes directes et réfléchies se superposent. La distance à la source n’intervient plus. En s’éloignant de la source, l’onde directe diminue mais on s’approche de la paroi et l’onde réfléchie est plus intense.

Le niveau de pression acoustique en un point du champ direct ou du champ réverbéré est donné par la formule :

avec : Lp : niveau de pression acoustique au point d’écoute, en décibel,

Lw : niveau de puissance acoustique de la source, en décibel,

Q : facteur de directivité de la source,

r : distance entre la source et le point d’écoute, en mètre,

RL : constante d’absorption du local, en mètre carré.


Distance à la source r [m]

Source

Paroi

Champ direct Champ réverbéré

Onde directe

Onde réfléchie

Figure 13 : Champ direct et champ réverbéré dans un local

Exemple : Une bouche de ventilation située au plafond d’une pièce, au bord d’un mur. Son niveau de puissance acoustique vaut 62 dB. La constante d’absorption du local RL, est égale à 20 m2. On souhaite connaître le niveau de pression acoustique à différentes distances de la bouche.

Ici, la bouche de ventilation émet son bruit dans un quart d’espace : on suppose que son facteur de directivité est égal à 4.

A une distance r = 1 m, on a : Lp1m = 62 + 10 x log [4 / (4.π.12) + 4 / 20] = 62 + 10 x log (0,318 + 0,2) = 59,1 dB



Comme le montre bien cet exemple, la transition entre le champ direct et le champ réverbéré est plus progressif qu’en théorie. Mais pratiquement, nous pouvons admettre que pour toutes les distances supérieures à 2,5 mètres, nous nous trouvons dans le champ réverbéré et que le niveau de pression acoustique reste au voisinage de 55 dB.

Avec des parois ou du mobilier plus absorbants, la constante d’absorption du local est augmentée (par exemple : RL = 50 m2). Le niveau de pression acoustique dans le champ réverbéré est ainsi abaissé à 51 dB environ, mais le rayon du champ direct est plus grand.


Distance à la source r [m] 1 2 3 4 5 6 7

62

60

58

56

54

52

50

RL = 20 m2

RL = 50 m2

Figure 14 : Exemple de variation du niveau de pression acoustique, en fonction de la distance à la source et de la constante d’absorption du local RL

4. Réduction du bruit Il existe une multitude de solutions visant à réduire les nuisances sonores et nous nous limiterons à présenter les plus classiques.

4.1. Réduction de la puissance de la source

Choisir un matériel silencieux est toujours la meilleure solution, bien préférable à la mise en place ultérieure de dispositifs réduisant le bruit, plus ou moins efficaces et dont le coût est difficilement prévisible. Le principe de précaution, s’applique parfaitement à l’acoustique : mieux vaut prévenir qu’essayer de guérir !

Illustrons cette notion avec un petit appareil de climatisation, appelé ventilo-convecteur et qui comprend essentiellement : un moteur électrique, un ventilateur et deux échangeurs de chaleur, un pour refroidir l’air, l’autre pour le réchauffer.

Figure 15 : Ventilo-convecteur carrossé, pour montage mural en allège.

Le constructeur indique dans sa documentation (voir tableau, page suivante), les données indispensables à la sélection : Puissances de refroidissement et de chauffage, mais aussi le niveau de bruit : niveau de puissance acoustique pondéré Lw et avec une hypothèse sur la constante d’absorption du local, le niveau de pression acoustique pondéré Lp. Le moteur possède cinq vitesses de rotation, mais la régulation en gère seulement trois (lignes coloriées du tableau, en standard).

Exemple : On recherche pour une salle de réunion, un appareil avec au minimum 1600 W de puissance de refroidissement et 1200 W de puissance de chauffage. Le niveau de pression global pondéré dans le local, ne doit pas dépasser 40 dB(A).

On peut voir dans le tableau de sélection que la taille 2021 fournit les puissances thermiques recherchées, en vitesse 5. Par contre, le niveau de pression acoustique prévisible dans le local est 45 dB(A), donc excessif.

En choisissant la taille supérieure 3021, on obtient les puissances thermiques recherchées en vitesse 3 seulement, avec un niveau de bruit acceptable 40 dB(A). On précisera à la commande, les vitesses désirées : V1, V2 et V3, ou bien V1, V3 et V4, car cette dernière ne sera sollicitée qu’exceptionnellement (pendant les phases de mise en régime).

Cet exemple montre qu’il est indispensable de considérer le critère acoustique, lors du choix des appareils susceptibles d’engendrer une nuisance sonore. La vitesse de rotation des moteurs a toujours une incidence lourde sur le niveau de bruit. VitessesDébits1021

Tailles Vitesse

de rotation

Débit d’air

[m3/h]

Puissance refroidissement

[kW]

Puissance chauffage

[kW]

Lw global [dBA]

Lp global [dBA]

V5 166 956 1464 48 40 V4 147 895 1383 45 37 V3 126 809 1278 41 33 V2 108 702 1158 37 29

1021

V1 90 597 1022 33 25 V5 292 1679 2500 53 45 V4 260 1551 2410 49 41 V3 205 1304 2139 43 35 V2 163 1108 1850 36 30

2021

V1 141 928 1500 34 26 V5 374 2035 3391 56 48 V4 322 1954 3149 52 44 V3 267 1651 2852 48 40 V2 232 1502 2630 45 37

3021

V1 167 1061 2200 37 29 V5 524 2920 4732 52 44 V4 443 2569 4300 47 39 V3 354 2174 3799 43 35 V2 323 2056 3590 40 32

4021

V1 272 1841 3270 37 29 V5 677 4230 6380 55 47 V4 510 3157 5500 48 40 V3 434 2827 4970 44 36 V2 330 2265 4179 39 31

5021

V1 307 2131 3950 37 29 V5 843 4762 6749 61 53 V4 708 4120 6190 56 48 V3 598 3679 5710 52 44 V2 545 3439 5420 49 41

6021

V1 431 2882 4670 44 36

Les niveaux de pression sonore Lp en dBA concerne une pièce de 100 m3 de volume avec un

temps de réverbération de 0,5 secondes (exemple : un bureau type, avec mobilier et moquette au sol). Performances basées sur : Eté : air 27 °C/19 °C (humide) et eau glacée 7/12 °C. Hiver : air 20 °C, eau chaude 70/60 °C.

Câblage standard des 3 vitesses. Autres choix possibles sur demande.

4.2. Dispositifs anti-vibratiles

Afin de réduire la transmission du bruit par voie solidienne, il est indispensable d’intercaler un élément élastique entre la machine vibrante et son environnement.

Entre les supports de l’appareil et le sol, on place des plots ou un tapis en élastomère, des ressorts, des « silentblocs », etc…

Une alternative consiste à suspendre l’appareil bruyant par des ficelles ou des câbles, car ceux-ci transmettent très peu les vibrations. Cette solution est par exemple employée pour supporter les extracteurs de ventilation mécanique contrôlée (VMC). Bien évidemment, toutes les canalisations raccordées sur l’appareil sont flexibles, pour ne pas transmettre les vibrations.

Pour éviter de transmettre le bruit des tuyauteries (écoulement, dilatation…) au bâtiment, on utilise des colliers isophoniques qui comprennent une partie en caoutchouc intercalée entre le tube et le collier.

Figure 17 : Extracteur de VMC suspendu et raccordé par conduits flexibles

Figure 18 : Pieds de machines, supports, plots, plaques de caoutchouc... (Photo ECKOLD)

Figure 16 : Dispositifs anti-vibratiles placés sous une machine

Enfin, citons une disposition visant à réduire la transmission des bruits d’impact sur le sol (bruits de talons, chutes d’objet…), en particulier dans les immeubles d’habitation.

• Les planchers flottants sont constitués par une chape de béton d’environ 5 cm, coulée sur un isolant résistant à la compression comme le polystyrène haute densité. Un isolant mince est aussi posé en périphérie, afin de désolidariser complètement la dalle flottante de la structure porteuse du bâtiment.

• Les parquets flottants sont posés sur une couche de feutre ou de liège, en laissant un centimètre de jeu en périphérie, de façon à supprimer toutes les liaisons avec le bâti.

4.3. Capotage des machines

Le meilleur moyen pour réduire la transmission du bruit par voie aérienne, est certainement la pose de capots sur la machine bruyante. Pour être le plus efficace, le capotage respecte plusieurs règles. Les capots sont :

• lourds et rigides, pour ne pas entrer en vibration,

• étanches à l’air y compris sur leur périphérie (joints caoutchouc),

• garnies sur leur face intérieure d’un matériau absorbant (mousse, laine minérale…)

• et bien sûr, facilement démontables.

Lorsque la machine est refroidie par l’air ambiant, le capotage devient plus complexe et encombrant, car une ventilation forcée est indispensable. Un ventilateur est ajouté ; l’entrée et la sortie d’air sont équipées d’un piège à sons.

Figure 19 : Plancher flottant réduisant la transmission des bruits d'impact

Figure 20 : Pompe à chaleur dont les composants bruyants (les compresseurs) sont capotés (Photo CIAT)

Bruit transmis

Impact

Très peu de bruit transmis

Impact

Dalle flottante

Isolant phonique

Plancher porteur

4.4. Parois absorbantes

Les absorbants phoniques sont des matériaux mous, élastiques ou poreux. Sous l’effet des variations de pression de l’onde acoustique, ils se déforment et absorbent l’énergie du bruit. Les mousses, les tissus épais, les matelas fibreux ont un coefficient d’absorption α élevé et donc réfléchissent très peu le bruit.

La forme prismatique permet d’augmenter encore l’absorption car l’onde sonore se réfléchit plusieurs fois sur la surface absorbante.

Les absorbants perforés fonctionnent sur le principe du résonateur de Helmotz. L’atténuation est maximale pour la fréquence de résonance du dispositif, qui dépend du diamètre des trous, de l’épaisseur de la plaque et de l’espace derrière la plaque. Pour élargir la plage de fréquence d’absorption, il est possible de remplir l’espace de fibres minérales.

Pour réduire le niveau de pression acoustique dans un local, l’absorbant est souvent utilisé en panneaux suspendus au plafond. Le bruit est alors absorbé sur les deux faces des panneaux, les ondes directes par la face inférieure et les ondes réfléchies sur le plafond, par la face supérieure.

Figure 24 : Traitement acoustique d'un amphithéâtre par panneaux suspendus (Photo Acouver Isol)

Figure 21 : Capotage de machines, sans ventilation et avec ventilation

Figure 22 : Principe de fonctionnement des absorbants acoustiques à picots

Figure 23 : Plaques et briques perforées utilisées comme absorbant acoustique

4.5. Écrans acoustiques

En interposant un écran entre la source de bruit et le point d’écoute, on augmente la distance entre ces deux points et on réduit très sensiblement l’onde directe.

Si l’écran est revêtu d’un absorbant phonique, son efficacité est encore améliorée car le bruit se réfléchit très peu dessus. Le niveau de pression acoustique sera plus faible de chaque coté de l’écran.

Les écrans sont utilisés aussi bien à l’intérieur des locaux, par exemple dans les bureaux en espace ouvert, comme à l’extérieur par exemple le long des autoroutes.

Source de bruit

Point d’écoute

A

B

C

Distance ABC > distance AC

Écran

Figure 25 : Principe de fonctionnement des écrans acoustiques

Figure 26 : Utilisation d'un écran acoustique mobile dans un bureau (Photo Acouver Isol)

Figure 28 : Mur anti-bruit le long d'une autoroute urbaine (Photo Acouver Isol)

Figure 27 : Les écrans acoustiques protègent les logements environnants, du bruit des ventilateurs (Photo Acouver Isol)

4.6. Isolation acoustique

L’isolation acoustique consiste à réduire la transmission du bruit entre deux locaux d’un même bâtiment ou entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment.

D’une façon générale, l’atténuation acoustique d’une paroi est d’autant plus grande que sa masse est importante. Le bruit global diminue de 4 dB environ, chaque fois que l’on double la masse de la paroi.

Lorsqu’une paroi reçoit une onde acoustique, elle entre à son tour en vibration à une fréquence qui dépend de sa nature et de son épaisseur. Cette fréquence est appelée fréquence de résonnance.

Sur son autre face, la paroi émet alors un son concentré sur la fréquence de résonnance. On peut aussi dire que la paroi agit comme un filtre acoustique, en atténuant le son sur toutes les fréquences, sauf sur sa fréquence de résonnance.

Les parois sont testées avec deux bruits normalisés :

• le bruit rose : l’énergie acoustique est identique sur toutes les bandes de fréquence, • le bruit route : le spectre reproduit le bruit du trafic urbain (automobile, ferroviaire, aérien).

Le bruit route est plus puissant dans les basses fréquences et il est utilisé pour tester les parois extérieures. Comme la réduction des sons graves est plus difficile, atténuation globale créée par la paroi est inférieure avec le bruit route (Rtr < R).

Si l’on étudie l’isolation phonique d’une façade d’immeuble contre les bruits extérieurs, il faut s’intéresser aux parois produisant l’atténuation la plus faible, c'est-à-dire les parois les plus légères : les surfaces vitrées, fenêtres et portes-fenêtres.

Avec un vitrage ordinaire de 4 millimètres d’épaisseur, la fréquence de résonnance est de 3000 Hz environ avec une perte d’isolation de 10 à 15 dB. Il faut atteindre une épaisseur de 12 centimètres pour que la fréquence de résonnance chute au-dessous de 100 Hz et devienne sans incidence !

Deux vitrages d’épaisseur identique ont la même fréquence de résonnance et n’apportent pas plus d’isolation acoustique qu’un vitrage simple de même épaisseur.

Type de vitrage Composition du vitrage

[mm]

Atténuation brute

Rw [dB]

Atténuation pondérée sur

bruit rose RA [dB(A)]

Atténuation pondérée sur bruit route

RA, tr [dB(A)]

4 30 29 28 6 32 31 30 8 33 32 31

Vitrage simple

10 35 34 33 4 (12) 4 30 30 27 Double vitrage

thermique 4 (16) 4 30 30 27 Double vitrage 4 (12) 6 33 32 29

Figure 29 : Exemple d'atténuation créée par une paroi

4 (16) 8 36 34 31 acoustique 10 (12) 4 35 35 32

8 (20) 44.2 38 37 33 Double vitrage de sécurité renforcée 8 (20) 44.4 40 39 36

8 (12) 44.1A 40 39 35 10 (12) 44.2A 42 40 37 10 (20) 44.2A 45 44 40

Double vitrage acoustique et de sécurité

66.2A (20) 44.2A 49 47 43 Les valeurs entre parenthèses indiquent l’épaisseur de la lame d’air entre les vitrages (Source : Saint-Gobain Vitrage)

De l’examen de ce tableau, on retiendra :

• L’atténuation des vitrages simples augmente quand leur épaisseur augmente, • Les doubles vitrages symétriques (intéressants pour l’isolation thermique, créée par la lame d’air)

produisent la même atténuation brute qu’un vitrage simple de même épaisseur et une isolation acoustique inférieure au bruit route (27 dB(A) contre 28),

• L’épaisseur de la lame d’air a très peu d’incidence sur l’isolation acoustique, • Les doubles vitrages acoustiques sont constitués d’un verre épais et d’un verre ordinaire, • La position du verre épais dans un double vitrage est sans importance, • Les verres feuilletés (verre + plastique + verre) fournissent la meilleure isolation acoustique.

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