Les fenêtres peuvent comporter une, deux ou trois vitres. L isolation phonique est-elle meilleure lorsque l on double ou triple le vitrage?

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1 Les fenêtres peuvent comporter une, deux ou trois vitres. L isolation phonique est-elle meilleure lorsque l on double ou triple le vitrage? Comment isoler une pièce du bruit? À l issue de ce chapitre, vous serez capable de : C1 - comparer expérimentalement l atténuation phonique obtenue avec différents matériaux ; C2 - vérifier la décroissance de l intensité acoustique en fonction de la distance. 9

2 CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Activité 1. Le double vitrage assure-t-il une meilleure isolation phonique que le simple vitrage? Activités Lors de la rénovation d une maison, il est souvent conseillé de remplacer les fenêtres à simple vitrage par des modèles à double vitrage. Ce changement permet-il systématiquement d améliorer l isolation acoustique? Réaliser et observer - Connecter un générateur basse fréquence (GBF) à un haut parleur placé dans un caisson. GBF Haut-parleur K Caisson Plaque d isolant Sonomètre Expérience 1 - Placer une plaque de verre de 4 mm d épaisseur entre la source et le sonomètre. - Relever le niveau d intensité acoustique aux mêmes fréquences ; recopier et compléter le tableau du document. - Refaire l expérience avec une plaque de verre de 10 mm d épaisseur. Doc 1. Dispositif de relevé des intensités acoustiques pour différents vitrages. - Régler la fréquence de la tension délivrée par le GBF sur Hz. - Régler la tension du GBF de façon à mesurer un son de 85 db(a). Ce réglage ne doit plus être modifié au cours de l activité. - Pour chaque fréquence indiquée dans le tableau ci-contre, relever le niveau d intensité acoustique. Isolant Air Verre 4 mm Verre 10 mm Fréquence (Hz) Double vitrage 4/10/4 Double vitrage 10/10/4 Expérience 2 - Placer un double vitrage 4/10/4 entre la source et le sonomètre. - Relever le niveau d intensité acoustique aux mêmes fréquences. - Refaire l expérience avec un double vitrage 10/10/4 entre la source et le sonomètre Répondre aux questions 1. Le verre est-il un isolant acoustique? 2. L épaisseur de verre a-t-elle une grande influence sur l atténuation du niveau d intensité acoustique? 3. L atténuation obtenue avec un vitrage est-elle la même pour toutes les fréquences? 4. À partir des résultats obtenus dans cette activité, répondre à la question de la page d ouverture du chapitre : l isolation phonique est-elle meilleure lorsqu on double ou triple le vitrage? 70

3 0. Comment isoler une pièce du bruit? Activité 2. Comment évolue le niveau d intensité acoustique lorsque le récepteur s éloigne de la source sonore? Réaliser et observer - Réaliser le montage schématisé ci-dessous. K Haut-parleur Sonomètre GBF 5 cm Règle graduée Doc 2. Dispositif de relevé des niveaux d intensité acoustique Doc 3. Photo du dispositif - Régler le GBF pour qu il fournisse une tension sinusoïdale de fréquence 200 Hz. - Régler l amplitude de la tension pour que le niveau d intensité acoustique soit de 80 décibels. - Éloigner le sonomètre ; recopier et compléter le tableau ci-dessous. Distance d entre le haut-parleur et le sonomètre (cm) Niveau d intensité acoustique L (db) arrondi à l unité Répondre aux questions 1. Tracer dans un repère la fonction L = f(d) représentant l évolution du niveau d intensité sonore L en fonction de la distance d entre l émetteur et la source sonore. 2. Comment évolue le niveau d intensité acoustique lorsque l on s éloigne de la source sonore? 71

4 CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Un bruit est un mélange de sons ayant des fréquences et des niveaux d intensité sonore différents. Il se caractérise donc par une bande de fréquences et un niveau d intensité acoustique moyen. Mots clés - Décibel, - Bruit aérien, - Bruit solidien, - Isolement, - Indice d affaiblissement acoustique. l Essentiel 1. Réaliser une isolation phonique 90 db (A) 40 db (A) Différents modes de transmission d un bruit dans un local Lorsqu un son arrive sur une paroi (son incident), une partie de l énergie transportée la traverse (son transmis). L énergie non transmise est réfléchie ou absorbée. L isolation acoustique d une paroi consiste à limiter la transmission des sons. Les bruits à traiter peuvent être : des bruits aériens qui se propagent dans l air avant de faire vibrer les parois ; des bruits solidiens qui se propagent dans les parois (produits par des impacts sur les parois ou des appareils de services) Les normes d isolation La réglementation acoustique impose des niveaux minimums d isolement acoustique aux bruits aériens et le niveau d intensité maximal du bruit transmis après un choc sur le plancher. Par exemple : l isolement phonique d une cloison entre deux appartements doit être au minimum égal à 53 db ( ). Cela signifie qu un bruit émis dans l appartement voisin est perçu après transmission avec un niveau d intensité acoustique diminué d au moins 53 db. le niveau d intensité acoustique d un bruit transmis dans les appartements voisins après un choc sur un plancher ne doit pas dépasser 58 db ( ). Cette indication, contrairement à la précédente, correspond à un niveau effectivement mesuré et non pas à une atténuation. Local technique Logements collectifs Isolement minimum de la paroi (db) Le niveau d'intensité du bruit transmis après un choc sur le plancher (db) Niveaux réglementaires d isolation

5 0. Comment isoler une pièce du bruit? 3. Les principes de l isolation acoustique Masse 2 Matériau «ressort» Masse 1 Une cloison lourde isole mieux qu une plus légère. Schéma d une paroi «masseressort-masse». Fenêtre non étanche qui laisse passer les sons. La loi de masse À épaisseur égale, une cloison en béton isolera mieux qu une cloison en carreau de plâtre, car à volume égal, le béton est plus lourd que le plâtre. La loi masse-ressort-masse Deux masses indépendantes sont séparées par de l air ou un matériau absorbant qui jouent le rôle de ressort et amortit les vibrations. La loi de l étanchéité Une paroi doit être parfaitement étanche pour isoler du bruit. «Là où l air passe, le bruit passe». 4. Deux modes d isolations Choisir un isolant phonique Les propriétés d isolation phonique des matériaux de construction sont exprimées par des indices de performance exprimés en db : - pour les bruits aériens, l indice d affaiblissement acoustique R w s exprime en db. Plus R w est important, meilleure est la performance ; - pour les bruits solidiens, l indice d efficacité aux bruits de choc L w s exprime en db. Plus L w est important, meilleure est la performance. Il ne faut pas confondre ces indices avec les niveaux d isolement mesurés dans un local. Épaisseur totale de la double cloison (cm) Affaiblissement acoustique (Rw db) Résistance thermique (R en m 2 K/W) DC725/ 145 v Caractéristiques de cloisons. DC745/ 15 14,5 cm 1,5 cm 55 db 58 db 0,78 1,5 Éloigner la source sonore Lorsqu un son se propage dans l air, le niveau d intensité acoustique L diminue avec la distance. Par conséquent, éloigner la source sonore de la cloison à isoler peut constituer une protection efficace. 73

6 CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Préparer un TP Comparaison du pouvoir isolant phonique de plusieurs matériaux Objectif : Utiliser un GBF et un sonomètre 1. Réaliser le montage - Connecter un générateur basse fréquence à un haut-parleur placé dans un caisson comme schématisé ci-dessous. - Brancher un voltmètre aux bornes du GBF et choisir le calibre. - Placer le sonomètre à 20 cm environ du hautparleur. K Caisson Sonomètre > Conseil 1 Réglage de la fréquence du GBF Sélectionner le calibre 1 khz. Modifier la position du bouton FRÉQUENCE jusqu à l affichage précis de la fréquence souhaité. V GBF Haut-parleur 2. Réglage du générateur et du sonomètre - Régler le générateur de fonctions afin qu il délivre une tension de fréquence 400 hertz en régime sinusoïdal et de valeur efficace 0,2 V. [> conseil 1 ] - Régler le sonomètre afin : [> conseil 2 ] 1. qu il mesure en db(a). 2. qu il mesure un niveau sonore moyen (Slow). Réglage de la valeur efficace de la tension Modifier la position du bouton AMPLITUDE jusqu à l affichage précis de la tension 0,2 V sur le voltmètre. > Conseil 2 Réglage sonomètre Appel du professeur pour vérifier les branchements et les paramétrages 3. Isolation à 400 Hz - Fermer le caisson. - Fermer l interrupteur K et relever sur le sonomètre le niveau d intensité acoustique (arrondi à l unité) en complétant le tableau 1 de la page Ouvrir l interrupteur K. - Dans le montage expérimental précédent, insérer tour à tour les plaques des matériaux 1, 2 et 3 à tester dans le dispositif prévu à cet effet. [> conseil 3 ] Positionner les curseurs sur «A» pour db(a) et sur «LENT» pour SLOW. 74

7 0. Comment isoler une pièce du bruit? K Caisson Matériau > Conseil 3 V GBF Sonomètre Repérer chaque matériau par un numéro afin de pouvoir comparer les résultats des différentes expériences. Haut-parleur Pour chaque matériau, relever le niveau d intensité acoustique. 4. Isolation à Hz et Hz Refaire la même expérience pour des sons de fréquences Hz et Hz. Isolant Fréquence Air 400 Hz Hz Hz Matériau 1 Matériau 2 Matériau 3 Tableau 1 - Niveau d intensité acoustique mesuré en fonction du matériau isolant et de la fréquence du son. 5. Interprétation Calculer l atténuation phonique obtenue avec chacun des matériaux aux trois fréquences testées et noter les résultats dans le tableau 2 ci-dessous. [> conseil 4 ] Isolant Fréquence Air 400 Hz Hz Hz > Conseil 4 Calcul de l atténuation phonique Exemple à 400 Hz : l atténuation phonique à 400 Hz, A 400, obtenue avec le matériau 1 est la différence entre le niveau d intensité acoustique mesuré sans isolant (L 0,400 ) et celui mesuré avec le matériau 1 (L 1,400 ) : A 400 = L 0,400 L 1,400. Matériau 1 Matériau 2 Questions Matériau 3 Tableau 2 - Atténuation phonique de chacun des matériaux pour les trois fréquences. 1. Pour chaque fréquence, classer les matériaux testés du plus isolant au moins isolant. [> conseil 5 ] 2. Un matériau est-il le meilleur isolant à toutes les fréquences? > Conseil 5 Le matériau le plus isolant est celui pour lequel l atténuation phonique a la valeur la plus importante. Exemple Un matériau qui provoque une atténuation phonique de 25 db est plus isolant qu un matériau qui provoque une atténuation de 15 db. 75

8 Résoudre un exercice CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Énoncé Apprendre à résoudre un exercice Une entreprise a fait l achat d une scie à onglet dont les caractéristiques principales sont données ci-dessous : - Puissance mot eur P 1 : watts. - Alimentation : 230 volts / 50 Hz. - Niveau d intensité sonore : 107 db(a) à 1 mètre. - Poids : 13,5 kg. Le niveau d intensité sonore diminue de db(a) chaque fois que la distance double. 1. Est-il nécessaire d utiliser des protections individuelles contre le bruit pour utiliser cet appareil? 2. À quelle distance de l appareil n est-il plus nécessaire de se protéger? 3. L appareil doit être placé derrière une cloison de l atelier. Le niveau d intensité sonore à ne pas dépasser dans un bureau est de 55 db. Dans ce cas, quel doit être le niveau d isolement nécessaire entre l atelier et les bureaux situés derrière la cloison? 4. Cette valeur est-elle égale à l indice d affaiblissement acoustique R w du matériau qui constitue le mur de l atelier? 5. Est-il conseillé de visser l outillage contre le mur de l atelier? Solution 1. Le niveau d intensité sonore dépasse 85 db(a) donc l utilisateur doit se protéger. 2. En respectant l indication, on peut calculer le niveau d intensité chaque fois que la distance double. L 2 = L 1 = 107 = 101 db(a). Le niveau d intensité acoustique à 1 mètres de la scie est L 1 = 83 db(a). À une distance de 15 mètres de la scie, il n est plus nécessaire de se protéger. 3. Le niveau d intensité acoustique qui permet de rester concentré est 55 db(a). Ici, le niveau d isolement à atteindre est donc : = 52 db. 4. Non car le niveau d isolement prend en compte tous les modes de transmission du bruit. (portes, fenêtres, défaut d étanchéité, plafond, ) 5. Si la scie est solidaire du mur, celui-ci va vibrer et transmettre cette vibration sous forme de sons dans le local voisin. À d 1 = 1 mètre, L 1 = 107 db(a). À d 2 = 2 d 1 = 2 m, L 2 = L 1 = 107 = 101 db(a). À d 3 = 2 d 2 = 4 m, L 3 = L 2 = 101 = 95 db(a). Dans un bureau un niveau sonore compris entre 45 et 55 db(a) est acceptable. Le niveau d isolement est la différence de niveau d intensité sonore entre la source sonore et la pièce attenante. Le niveau d isolement d une pièce se mesure sur place. L indice d affaiblissement d un matériau se mesure en laboratoire. Les murs transmettent les bruits solidiens. 7 > On peut profiter de ces conseils pour résoudre les exercices 12 et 13.

9 0. Comment isoler une pièce du bruit? Tester ses connaissances Q.C.M. Pour chaque ligne, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s). A B C 1. Un bruit «solidien» est produit par un solide est produit par un choc est transmis par les solides 2. Cet extrait du schéma du cours indique que : le niveau d intensité acoustique du bruit d impact ne doit pas dépasser 58 db le niveau d intensité acoustique du bruit transmis après un impact ne doit pas dépasser 58 db il est interdit de frapper plus de 58 fois par jour Bilan/Exercices 3. L extrait du schéma du cours ci-dessus indique que : les sons provenant de l extérieur doivent être atténués d au moins 30 db le niveau des sons transmis par une paroi ne doit pas excéder 30 db le niveau d isolement d une façade doit être supérieur ou égal à 30 db 4. Un mur utilisant le principe «masse-ressort-masse» est composé de deux parois séparées par un ressort comporte un matériau placé entre deux parois est composé de deux parois de masses différentes 5. L indice R w indique le niveau d isolement d une paroi donne l affaiblissement acoustique d un matériau indique l efficacité d atténuation des bruits de choc Tester ses capacités Comparer expérimentalement l atténuation phonique obtenue avec différents matériaux (capacité C1) 1. Le meilleur matériau Lors d une expérimentation, on place tour à tour différents matériaux devant une source sonore. Dans chaque expérience, on mesure le niveau d intensité acoustique 5 centimètres derrière le matériau. Haut-parleur 5 cm Sonomètre Les résultats des mesures sont donnés dans le tableau suivant. Nº du matériau Niveau d intensité acoustique en db Quel matériau permet la meilleure atténuation phonique? Vérifier la décroissance de l intensité acoustique en fonction de la distance (capacité C2) 2. L en fonction de d a. Comment évolue le niveau d intensité acoustique L lorsque la distance d entre la source sonore et le récepteur augmente? b. On a mesuré les niveaux d intensité acoustique L d un son à différentes distances : L 1 = 80 db ; L 2 = 74 db ; L 3 = 98 db ; L 4 = 92 db En replaçant les valeurs ci-dessus dans l ordre, recopier et compléter le tableau. Distance de mesure d (m) Niveau d intensité acoustique L (db) 77

10 CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Bilan/Exercices 3. Vrai Faux Recopier les phrases suivantes en corrigeant le dernier mot si nécessaire. Le niveau d intensité acoustique : a. se note I ; b. se mesure avec un wattmètre ; c. diminue lorsque la distance décroît ; d. décroît lorsque la distance augmente ; e. augmente lorsque la distance augmente. Appliquer le cours 4. Dans un immeuble Nicolas loue quatre studios contigus. Certains de ses locataires se plaignent de l isolation phonique des appartements. Nicolas fait donc mesurer par une société spécialisée l isolement entre chaque logement.. Épaisseur d air La courbe donne l indice R W (db) d atténuation phonique 50 R w d un double vitrage en fonction de l épaisseur d air e entre les vitres. 40 a. Quelle est la valeur de l indice d atténuation R w 30 si l épaisseur d air est de 25 mm? b. Quelle est la variation de 12, e (mm) 200 R w si l épaisseur d air double? 7. Isolation par parois doubles Les schémas ci-dessous indiquent les indices d atténuation phonique de différents types de cloisons. Mur à poteaux Isolant ajouté Mur à poteaux doubles isolés Deux plaques de plâtre enlevées Studio 1 Studio 3 43 db 58 db 4 db 78 3 db 51 db Studio 2 Studio 4 a. En s aidant du document du cours, indiquer quelles sont les cloisons sur lesquelles Nicolas devra intervenir. b. Afin d être parfaitement en accord avec la réglementation acoustique, quelles sont les autres vérifications que Nicolas devrait faire? 5. Épaisseur du vitrage Pour l isolation acoustique, la fenêtre constitue souvent le point faible d une façade. L épaisseur du vitrage constitue un paramètre essentiel. En utilisant les abaques joints d atténuation phonique en fonction de la fréquence du son pour des vitrages de différentes épaisseurs, répondre aux questions suivantes : a. Le verre isole-t-il mieux des sons aigus ou des sons graves? b. L épaisseur du verre a-t-elle une influence sur l atténuation phonique obtenue? c. Quelle est l atténuation d un son de fréquence Hz obtenue avec des vitrages de 3,4 mm? Atténuation (db) 10,0 mm 7,3 mm 5,3 mm 3,4 mm Fréquence (Hz) R W = 33 db R W = 3 db R W = 40 db R W = 57 db a. Quel est l intérêt de remplacer la couche d air par un matériau isolant? b. Deux murs identiques en série isolent-ils deux fois plus qu un mur seul? c. Expliquer pourquoi lorsque l on enlève les deux plaques de plâtre intérieures l atténuation est considérablement améliorée. 8. Loi des masses La lecture du diagramme ci-dessous donne l indice d affaiblissement acoustique R w en fonction de la masse par unité de surface de différentes parois qui assurent une isolation Indice d affaiblissement R W (db) 400 Hz Hz 520 Hz 400 Hz 100 Hz Graves Médiums Aigus Glace 12 mm Brique pleine 5,5 cm Brique pleine 11 cm Masse par unité de surface (kg/m 2 ) a. D après les informations données par ce diagramme, indiquer trois paramètres qui influent sur l isolation acoustique d une paroi. b. L affaiblissement acoustique dû à une paroi est-il meilleur pour les sons graves ou pour les sons aigus? Justifier.

11 0. Comment isoler une pièce du bruit? c. Déterminer l affaiblissement acoustique Rw obtenu pour une cloison de 100 kg/m² et pour une fréquence de 100 Hz. d. Quel matériau peut-on utiliser pour obtenir au moins un tel affaiblissement? 9. Calfeutrage Utiliser ses connaissances 11. Connaître et respecter les limites L ABUS DE DÉCIBELS EST DANGEREUX POUR LA SANTÉ Niveau sonore en db Durée d exposition journalière maximale Fusée 10 Recopier et corriger si nécessaire les phrases suivantes : a. Le son ne se propage que dans les grands espaces. b. Même si l air passe sous une porte, le bruit ne passe pas forcément. c. Des fenêtres étanches à l air sont indispensables pour améliorer l isolation phonique. d. Le calfeutrage parfait d une pièce est bon pour l isolation mais mauvais pour la santé. 10. Capotage insonorisant d une machine bruyante Dans une fiche pratique sur la prévention des risques professionnels, la CRAM (caisse régionale d assurance maladie) écrit : «[ ] L isolation phonique consiste d abord à atténuer la part de l énergie sonore qui traverse la paroi. C est essentiellement le poids au m² qui est efficace et non la nature elle-même du matériau. Isolements équivalents Plomb, épaisseur 0,8 mm. Tôle acier 1,5 mm. Panneau de particules de bois 27 mm. Les fuites sont souvent les points noirs à traiter, car s il existe une seule ouverture même à travers des parois extrêmement épaisses, toute l énergie sonore s y engouffrera.» Surface totale de fuites et d ouvertures Isolement maximal possible du capot de la machine 1 % 18 db 10 % 9 db a. Quels sont les principes de l isolation acoustique évoqués dans cette fiche pratique? b. Quel est le meilleur isolant phonique entre le plomb, l acier et le bois? c. Une petite fuite peut-elle avoir de grosses conséquences sur l isolement phonique? Explosion, banc d essais moteur 130 Marteau piqueur, coup de fusil 120 Concert de rock 115 Chaudronnerie, moto en accélération 110 Discothèque 105 Baladeur, MP3, bar musical 100 Tondeuse à gazon, ponceuse, perceuse, 90 Atelier d ajustage 85 Circulation automobile 80 Usine moyenne 75 Restaurant, magasin animé 70 Conversation vive 5 Bureau bruyant 0 Conversation calme 50 Bureau calme 40 Campagne 30 Silence 0 2 min 4 min 20 min 2 h 8 h > Seuil de douleur > Risque avéré pour l audition > Risque pour l audition > Fatigue auditive > Travail intellectuel pénible > Seuil de perception L échelle jointe indique les durées d exposition journalières aux bruits. En l utilisant, répondre aux questions suivantes : a. Que signifie «db»? b. Une balade à la campagne permet-elle d exposer ses oreilles à un niveau d intensité sonore nul? c. Quel est le seuil de fatigue auditive? d. Quel est le niveau d intensité sonore acceptable dans un bureau? e. Quelle est la durée maximale journalière d écoute sans protection : dans un atelier d ajustage? dans une chaudronnerie? f. Est-il nécessaire de se protéger les oreilles lors d une soirée en discothèque? g. Citer une situation professionnelle lors de laquelle écouter un son peut être douloureux. h. Citer des activités de loisirs qui peuvent impliquer des risques pour l audition. 79

12 CME 3 : le confort dans la maison et l entreprise Bilan/Exercices 12. Rénover son appartement Maxime envisage de faire des travaux d isolation phonique dans son appartement. Lorsqu il revient du magasin, il relit les conseils donnés par un vendeur : Donnée : les troubles du sommeil peuvent apparaître à partir de 35 db. 14. Cloisons d isolation phonique Dans une entreprise, on souhaite améliorer l isolation phonique des murs séparant le secrétariat d une salle de réunions. Sur un document publicitaire, un fabricant de cloisons fournit les graphiques ci-joints pour indiquer les performances de ses produits d isolation acoustique Indice d affaiblissement R W (db) a. Lors de sa prise de notes, Maxime a commis quelques confusions. Recopier le document en corrigeant les erreurs. b. Pourquoi faut-il poser des joints aux fenêtres pour améliorer l isolation phonique? c. Quel(s) autre(s) travail(aux) Maxime pourrait-il entreprendre pour améliorer encore son confort acoustique? 13. Trafic aérien Niveau d intensité sonore (db) a b c Cloison 72/48 Placo Phonique Indice d affaiblissement R W (db) Fréquence (Hz) Fréquence (Hz) Niveaux d intensité mesurés en fonction de la fréquence à une distance de 300 mètres d une piste d aéroport : a. pleine puissance au décollage b. démarrage c. atterrissage En s aidant du schéma joint, répondre aux questions : a. Lors du décollage d un avion à pleine puissance, quel est le niveau d intensité sonore du son à 2000 Hz? b. Si le niveau d intensité d un son baisse de db chaque fois que la distance double, quel est le niveau d intensité de ce son : - à 18 mètres de l avion? - à mètres de l avion? - à 4,8 km de l avion? c. Quel doit être le niveau d isolement d une chambre située à 4,8 km des pistes pour que ses occupants ne soient pas gênés dans leur sommeil? Doublage F 530 Placo Phonique Fréquence (Hz) Mur en parpaings creux a. Quelle cloison offre les meilleures performances acoustiques? b. Quelle est la fréquence du son pour laquelle l indice d affaiblissement de la cloison 72/48 (en bleu) chute? c. Cette faiblesse est-elle gênante compte tenu de l objectif à atteindre? d. Un mur en parpaing creux permet-il une bonne isolation phonique? e. Les valeurs indiquées dans les graphiques permettentelles de donner l isolement du mur? Données La gamme des fréquences des sons émis lors d une conversation est [250 Hz ; Hz] 80

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