La correction acoustique

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1 Chapitre 9 Sciences Physiques - BTS La correction acoustique 1. Le traitement acoustique. Le traitement acoustique d une salle est l ensemble des opérations qui contribuent à la rendre apte à son utilisation sur le plan acoustique. L étude des formes, des dimensions du local, la connaissance des parois et des doublages interviennent dès la conception d un bâtiment. 2. La correction acoustique. Elle intervient souvent tardivement lorsque le local existe. Elle consiste, par modification de l état de surface ou de revêtements des parois, à ajuster la sonorité du local afin que le message soit correctement ou agréablement perçu en tous les points occupés par les auditeurs. Le choix des revêtements est lié au «coefficient d absorption». 3. Le coefficient d absorption. Lorsqu une onde acoustique incidente d intencité I i frappe une paroi, une fraction I t de l énergie incidente la traverse, l autre fraction qui n est pas transmise et qui est beaucoup plus importante se décompose en une partie réfléchie I r vers le local et une partie dissipée, absorbée I a en chaleur à la surface de la paroi. On définit donc les coefficients suivants : Réflexion : Absorption : La conservation de l énergie implique que : Transmission : Le coefficient d absorption est souvent nommé «coefficient Sabine» et figure sur tous les documents techniques des matériaux. Remarque : un bon isolant (t petit) n est pas forcément un bon absorbant ( petit) car l absorption se fait souvent au détriment de la réflexion. Bon isolant peu absorbant r = 0,79 = 0,20 t = 10-7 Bon absorbant peu isolant r = 0,3 = 0,50 t = 0,2 Bon isolant et bon absorbant r = 0,49 = 0,50 t = 10-7 Enveloppe du Bâtiment Page 1

2 Classification approximative des valeurs de coefficients d absorption : Très réfléchissant 0, ,05 Matériau Très absorbant Absorbant Moyen Réfléchissant 4. Etude acoustique : aire équivalente d absorption. L aire équivalente d absorption se calcule à partir des surfaces de chaque paroi homogène présente dans le local : A désigne l aire équivalente d absorption *m 2 ] désigne le coefficient de Sabine du matériaux i [ ] S i désigne la surface géométrique recouverte par le matériaux i [ ] 5. Etude acoustique : la réverbération. La réverbération est une caractéristique intrinsèque d un local. La réverbération renforce et prolonge le son. Elle s explique par le renforcement des ondes directes par celles qui sont réfléchies par les parois. L écho est un cas élémentaire de réverbération. On appelle champ réverbéré le champ créé par l ensemble des sources secondaires. L intensité acoustique du champ réverbéré est définie par : : Intensité acoustique en W/m 2 : Puissance de la source en Watt : Aire équivalente d absorption *m 2 ] Un local trop réverbérant provoque la superposition et le mélange des syllabes mais un local trop sourd est fatigant : il faut donc trouver un compromis dans la durée de réverbération. Une durée de réverbération de 0,5 s est considérée comme normale. La durée optimale est donnée, en fonction du volume V du local, par la formule : Définition : la durée de réverbération est le temps nécessaire pour que, lors de l arrêt d une source sonore en fonctionnement, le niveau de bruit diminue de 60 db Enveloppe du Bâtiment Page 2

3 6. Etude acoustique : la formule de Sabine. Elle permet de calculer le temps de réverbération T. Elle s écrit : T : durée de réverbération en seconde V : volume du local en m 3 A : aire équivalente d absorption en m² : pouvoir absorbant des surfaces en m² : pouvoir absorbant des éléments n contenus dans la salle. 7. Etude acoustique : influence des fréquences d émission. Les matériaux ne réagissent pas de la même façon face à des ondes de différentes fréquences. Pour un même matériau, on donnera un coefficient d absorption pour le grave, le médium et l aigüe ou même une valeur pour une fréquence précise. Enveloppe du Bâtiment Page 3

4 8. Correction acoustique : utilisation de panneaux. Panneau de mousse contre la réflexion : on utilise des panneaux possédant des reliefs qui «cassent» la réflexion. Il faut pourtant que les dimensions du motif soit du même ordre de grandeur que la longueur d onde à diffuser : Panneau rigides pour absorber les graves (< 300 Hz) : le panneau et la masse d air située derrière celui-ci entrent en vibration et absorbe l énergie de l onde incidente. Cet ensemble forme une masse relativement lourde qui oscille sur des fréquences basses. La fréquence propre d un panneau situé à la distance d d un mur et de masse surfacique (en kg/m²) vaut : Effet de résonateur d Helmholtz pour absorber les médiums (300Hz à 1000Hz) Ils sont constitués de cavités de différentes tailles qui «piègent» et absorbe l énergie. Exemple des vases acoustiques dans les théâtres antiques : Enveloppe du Bâtiment Page 4

5 9. Isolation : indice d affaiblissement acoustique. On défini l indice d affaiblissement acoustique R d une paroi par la relation : t : coefficient de transmission de la paroi L P1 : Niveau sonore avant la paroi L P2 : Niveau sonore après la paroi 10. Isolation : Réduction du niveau sonore. On peut calculer la réduction du niveau sonore d un local acoustiquement traité par rapport au local non traité : 11. Loi de composition des indices pour les parois en série. Pour les parois associées en série, le coefficient de transmission de l ensemble est le produit des différents coefficients de transmission. 12. Isolation : le niveau d isolement acoustique brut. L indice d afaiblissement R d une paroi n est généralement pas identique à son niveau d isolement acoustique brut noté D. L indice R n est valable que pour la transmission directe des bruits aériens. L isolement brut D est une mesure expérimentale de l afaiblissement réel de cette paroi dans son environnement, et qui tient compte des transmission latérales possibles. L absence de transmissions latérales donnerait D = R. Dans la majorité des cas, D < R. Sur l exemple ci-dessous : Niveau de la source : 86dBA Indice d afaiblissement de la paroi : 56 dba Indice d afaiblissement d une paroi lattérale : 58 dba Niveau en reception : 30dBA Niveau de reception : 28dBA Somme quadratique des niveaux des 4 parois latérales et de la cloison de séparation : Enveloppe du Bâtiment Page 5

6 13. Isolation : loi de masse et de fréquence. Masse surfacique d une paroi simple : : (sigma) désigne la masse surfacique de la paroi [kg.m -3 ] : (rhô) désigne la masse volumique du matériau [kg.m 3 ] e : désigne l épaisseur de la paroi [m] Pour une paroi homogène et non encastrée, la loi de masse et de fréquence donne : Cette formule est très rarement vérifiée expérimentalement, on lui préfère des lois empiriques plus en adéquation avec la réalité : pour < 150 kg.m -2 pour > 150 kg.m -2 Enveloppe du Bâtiment Page 6

7 On trouve aussi d autres formules : Rockwool donne, par exemple, pour une fréquence spécifique de 500 Hz : R 500 = 17,5log + 3 db En règle générale : «Plus c est lourd, mieux ça isole» 14. Isolation : parois doubles et liaison de couplage. L idée qui conduit à construire des parois multiples est de penser que les indices d affaiblissement acoustique de plusieurs parois montées en série vont s ajouter. Cette idée est fausse pour des parois distantes de moins de 70 cm. Néanmoins, ce système permet d obtenir des parois 6 fois moins lourde que son équivalent en paroi simple. En fait, il existe une liaison entre les différentes parties d une paroi multiple (un couplage), et le schéma mécanique équivalent est représenté par un système dit «masse-ressort-masse» : Les 2 parois sont couplées ensemble par l espace d air comme les 2 masses sont liées par le ressort de raideur k. Le système mécanique de droite montre que si on fait vibrer la masse de gauche, la masse de droite va vibrer avec un retard et avec une amplitude fonction des caractéristiques générales du système. On constatera alors un défaut d isolement pour la fréquence de résonnance donnée par la formule : d : épaisseur entre parements m : masse surfacique [kg.m -2 ] L isolant minéral utilisé évite les défauts d isolement aux fréquences de résonnance de la lame d air qui se calculent par une autre formule. Cet isolant absorbe l énergie et la dissipe. Chaque parement possède également une fréquence critique qui constitue un point faible. Il vaut mieux que ces fréquences soient différentes pour éviter un «trou» d isolement marqué. Par exemple, deux vitrages d épaisseurs identiques ont une valeur de R plus mauvaise que deux vitrages d épaisseurs différentes (à épaisseur totale de verre identique). Enveloppe du Bâtiment Page 7

8 Eléments intérieurs 15. Application. On désire étudier la correction acoustique d une salle de classe dont les caractéristiques sont : dimension : 8,60m 6, 80m 3, 00m Murs : Plâtre peint Plafond : Panneaux en fibre de roche ( a = 0, 7 ) Sol Fenêtres : Carrelage : 3 vitrages de dimensions 1, 50m 2, 00m Ouvertures : 2 portes de dimensions 1, 00m 2,00m La salle est destinée à accueillir 25 élèves, 1 professeur, 1 bureau, un fauteuil en tissus, 25 tables d écoliers, 25 chaises en bois. 1. Compléter le tableau suivant : Absorption : Surface : S S n Murs Plafond Sol Portes Vitrages A Absorption totale a S a n Enveloppe du Bâtiment Page 8

9 2. Calculer le temps de réverbération T1 de la salle : 3. On décide de doubler les murs avec un complexe isolant à base de laine de roche dont le coefficient d absorption est de 0, 65. Calculer le nouveau temps de réverbération T2. 4. En déduire la réduction du niveau sonore R 5. Calculer le temps de réverbération optimal pour cette salle. 6. La correction acoustique est elle suffisante? Enveloppe du Bâtiment Page 9

10 Chapitre 9 Sciences Physiques - BTS Exercices Exercice 1 : Sujet BTS 2001 Acoustique : 6 points Exercice 2 : Sujet BTS 2004 Acoustique : 7 points Enveloppe du Bâtiment Page 10

11 Enveloppe du Bâtiment Page 11

12 Exercice 3 : Sujet BTS 2005 Acoustique : 7 points Enveloppe du Bâtiment Page 12

13 Enveloppe du Bâtiment Page 13

14 Enveloppe du Bâtiment Page 14

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