Planchers + Acoustique salles UCL Cours 4 Marcelo Blasco
Index acoustique cours 4 Planchers en bois / revêtements Acoustique des salles Vrai ou faux?
Isolation bruit aérien paroi double 1 transmission par 3 chambres 2 transmission structurelle 1 2 3 3 transmission MRM
Comparaison MRM/modèle 3 chambres R MRM 18 db/oct 12 db/oct 3 chambres d: épaisseur vide (m) fr 172/d Fréquence (Hz)
Plancher simple en bois 18 mm OSB ca 170 R w(c;ctr)= 25(0;-1) db L n(ci)= 92 db ca. 63 ca. 63
Amélioration par plafond suspendu INDEPENDANT CEILING FRAME 1 3750 a 50 5 320 3 50 2400 2 4 50 fig c fig. 2c R w(c;ctr)=49(-1;-4) db L n(ci)= 65 db
Conclusion: amélioration par le bas bruit aérien 1. A partir d une fréquence déterminée (f=172/d) la transmission par MRM sera dominée par transmission 3 chambres 2. L isolation est alors déterminée par la somme des isolations respectives des composants 3. Il est déconseillé d enlever un vieux plafond existant avant une rénovation
Plancher de base maisons 19ème siècle 18 mm OSB ca 170 R w(c;ctr)=39(-2;-6) db L n(ci)= 81(-1) db ca. 63 ca. 63
Rénovation par le haut 1. Ces solutions sont surtout efficaces pour l isolation au bruit d impact 2. Pour l isolation au bruit aérien la fréquence de résonance se trouve la plupart du temps trop haut
Amélioration générale bruit d impact Divers systèmes possibles: planchers nouveau revêtement sur une sous-couche résiliente: 1m² sur 1 m² (type 1) (ex. plaques de gypse à fibres renforcées sur laine minérale haute densité, plaques-osb sur mêmes produits, ) nouveau revêtement sur produit résilient linéaire (ex. panneaux en queue d aronde sur produit résilient ) Rem.: les exemples sont mesurés en R w (=mesure en labo + flanking)
ca 70 à 80 ca 170 ROCKWOOL 501, 10 cm breed, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 18 mm OSB zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 overlap volgens lengte: 50 à 100 mm op balk breedte: 1 overlapping golf R w(c;ctr)= 48 (-1 ;-5) db L n,w(ci)= 66(-1 ) db ca 70 à 80 ROCKWOOL 501, 25 mm, kg/m3 ISOVER glaswol SF525, 25 mm, 16 kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 Amélioration par le haut ca 170 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 ca. 63 ca. 63
Amélioration par le haut R w(c;ctr)= 38 (-1 ;-5) db L n,w(ci)= 77 (0 ) db ISOVER ISOLFLOOR 27.5 mm (gipsvezelkartonplaat met glasvlies) ca 170 18 mm OSB ca. 63 ca. 405 ca. 63
ca 70 à 80 ca 170 ISOVER glaswol SF525, 25 mm, 16 kg/m3 ROCKWOOL 501, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 R w(c;ctr)> 53 (-2 ;-7) db L n,w(ci) < 61(3 ) db 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2 ca. 63 ca. 63 ca 70 à 80 ROCKWOOL 501, 10 cm breed, 25 mm, kg/m3 90 kg/m³ kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 overlap volgens lengte: 50 à 100 mm op balk breedte: 1 overlapping golf Amélioration par le haut et par le bas ca 170 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2
Amélioration par le haut et par le bas R w(c;ctr)= 45 (-3 ;-10) db L n,w(ci)= 73(3 ) db ISOVER ISOLFLOOR 27.5 mm (gipsvezelkartonplaat met glasvlies) ca 170 18 mm OSB ca. 63 ca. 63
Amélioration par le haut et par le bas R w(c;ctr)= 47 (-2 ;-9) db L n(ci)= 70(3 ) db ISOVER ISOLFLOOR 27.5 mm (gipsvezelkartonplaat met glasvlies) ca 170 18 mm OSB ca. 63 ISOVER UNIROL 140 mm ca. 63
Solutions confort Ces solutions remplissent les conditions suivantes: DnT,w > 54 db et L n,w < 54 db
ca 70 à 80 ca 170 ISOVER glaswol SF525, 25 mm, 16 kg/m3 ROCKWOOL 501, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 R w(c;ctr)> 53 (-2 ;-7) db L n,w(ci) = 61(3 ) db 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2 ca. 63 ca. 63 ca 70 à 80 ROCKWOOL 501, 10 cm breed, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 overlap volgens lengte: 50 à 100 mm op balk breedte: 1 overlapping golf Amélioration par le haut et par le bas ca 170 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2
Amélioration par le haut et par le bas R w > 60 db L n,w(ci) < 53 db ISOVER ISOLFLOOR 27.5 mm (gipsvezelkartonplaat met glasvlies) ca 170 18 mm OSB ca 320 ca. 63 ISOVER UNIROL 140 mm ca. 63 metalen profielen 50 x 70 mm2 2 x BA13 GYPROC (12.5 mm)
Amélioration par le haut et par le bas R w > 64 db L n,w(ci) < 47 db ISOVER glaswol SF525, 25 mm ca 170 18 mm OSB 18 mm x100 mm breed, lambourdes, d. 600 mm ca 320 ca. 63 ISOVER UNIROL 140 mm ca. 63 profiles métalliques 50 x 70 mm² 2 x BA13 GYPROC (12.5 mm)
ca 70 à 80 ca 170 ISOVER glaswol SF525, 25 mm, 16 kg/m3 ROCKWOOL 501, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 R w > 64 db L n,w(ci) < 47 db ca. 63 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2 ca. 63 ca 70 à 80 ROCKWOOL 501, 10 cm breed, 25 mm, kg/m3 kifbeton, 45 à 60 mm, 2500 kg/m3, ca. 70 kg/m2 overlap volgens lengte: 50 à 100 mm op balk breedte: 1 overlapping golf Amélioration par le haut et par le bas ca 170 zelfdragende gewalste stalen, zwaluwstaartplaten, d=0.5 mm 18 mm OSB LEWIS (REPPEL NL) 12.5 mm FERMACELplaat, ca 12 kg/m2 12.5 mm GYPROC gipskartonplaat, ca 10 kg/m2
Planchers pierreux
enduit plinthe joint souple revêtement produit résilient chape flottante feuille PE produit résilient (> 80 kg/m³) chape d égalisation............................................................... support
Etude de cas: rénovation construction béton (planchers: 15 cm / parois: 20 cm) Conclusions 1. Plafond suspendu pas d amél.dans le sens horizontal amélioration moyenne de Ln (vert.) bonne amélioration R (vert.) 2. Doublage légère amélioration horizontale légère amélioration verticale 3. Chape flottante légère amélioration R excellente amél. Ln (vert. et hor.)
Quelques simulations Simulation ACOUBAT (BA10+lain.min.+MS: +5 db(a)) Doublage côté ém. Paroi latérale (cm) Plancher (cm) DnT,w(C;Ctr) (db) amélioration avec 1/2/3/4 LnT,w (db) bloc béton creux 10 béton 15 51 (-1;-5) 0/1/3/5 56 bloc béton creux 15 béton 15 52 (-2;-5) 0/1/2/4 55 bloc béton creux 10 béton 20 54 (-1;-4) 1/3/4/6 52 bloc béton creux 15 béton 20 55 (-2;-5) 0/1/2/5 51 snelbouw 10 béton 15 49 (-1;-4) 1/2/4/7 56 snelbouw 15 béton 15 50 (-1;-4) 1/2/4/6 56 snelbouw 10 béton 20 52 (-1;-4) 1/2/4/7 52 snelbouw 15 béton 20 53 (-1;-4) 1/3/4/7 52 bloc gypse 7 béton 15 50 (-1;-4) 1/2/3/6 55 bloc gypse 10 béton 15 50 (-2;-5) 0/1/3/5 56 bloc gypse 7 béton 20 53 (-1;-3) 1/2/4/7 51 bloc gypse 10 béton 20 53 (-1;-4) 1/2/4/6 51 Rem.: chape flottante sur laine minérale (amélioration 23 db(a))
Revêtements
Revêtements souples 1. Parquet sur sous-couche (PE, laine minérale, PS, ) problème pour tests: le parquet n est pas normalisé 2. Tapis: donne les meuilleurs résultats 3. PVC: donne des bons résultats avec épaisseur importante (> 5mm). 4. Parquet seul, revêtement pierreux mauvais désolidarisation du plinthe et paroi latérale!!!
ISO 9052-1 (1989): rigidité dynamique f r = 1 2 π rigidité masse dynamique surfacique s' m" (MN/m³.m²/kg=m/s².1/m=1/s²)
Modèle
courbe de réponse η amortissement interne
TYPE Epaiss. (m m ) s (M N /m 3) L aine roche 15..60 16..4 E PS 20..40 25..7 XPS 20..60 176..22 L aine verre 4..60 40..3 Caoutchouc 5..40 49..21 PUR (souple) 10..60 41..1.4 PE 5..17 95..7 Feutre 6..9 13..8 s : tot 17 MN/m³ très bon s : tussen 17 en 20 MN/m³ bon s : hoger dan 20 MN/m³ moins bon étude qualitative
Test revêtement
Remarques : Pour «lightweight» impact EN ISO 140-série (machine à frappe) Pour «heavy weight» impact selon norme JIS («falling tyre») A plus épais la sous-couche mieux c est (de préférence > 5 mm)
Acoustique des salles
Thématique - isolation versus absorption - corrections audibilité - acoustique géometrique salle
Isolation et Absorption: la balance
Isolation
absorption Faux plafond barrière acoustique plénum exprimée en labo: Dn,c (valeur unique: Dn,c,w)
Amélioration faux plafond + type matériau plaque (=isolation) : épaisseur, + matériau absorption (=absorptie) : type, épaisseur (perforation plaque) + barrière (=isolation+absorption) : épaisseur
barrière acoustique (~ + 6 db)
isolation composée
Prestations dépendent de: étanchéité isolation armature Plus important quand l isolation faux plafond et majeure et la surface de l armature est majeure Pas d importance si le plafond est seulement absorbant fuites moins importantes si produit absorbant dans le plénum
Exemple ex 1 ex 2 ex 3 Si (m²) Ri (db) opp. Si (m²) Ri (db) opp. Si (m²) Ri (db) 15.76 40 plafond 15.76 45 plafond 15.52 40 0.24 25 armature 0.24 25 armature 0.48 25 0 0 0 0 0 0 0 0 Rtot = 38.36 Rtot = 41.05 Rtot = 37.17 Surface plafond 16 m²
Absorption
Isolation Absorption exemple: laine de verre (5 cm - 60 kg/m³) isolation acoustique (bruit aérien): 5 db absorption acoustique (moy.): 0.7 Plaque multiplex (17 mm - 722 kg/m³) isolation acoustique (bruit aérien): 29 db absorption acoustique (moy.): 0.2
Isolation absorption bardages ABSORPTION Rw(C;Ctr)=46(-6;-11) db Rw(C;Ctr)=34(-1;-5) db
Espace = contours son direct + son réflecté dép. de la structure, finition et mat.surfacique: positive son pérsistant avec beuacoup de réflections réverb zone stationnaire en 3D (fréq. spéc.) ondes stationnaires ou résonance série de échos court (bande fréq. limitée) (flutter) écho
Absorption = modifier l expérience acoustique dans une salle Wi Wi α θ, W + W = d a f W i (index d absorption) θ θ θ valeurs entre: 0 et 1 (>1) Wr Wr Wa Wd
index d absorption α 1 0,9 0,8 0,7 0,6 Alfa 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 perforation plafond augmente (matériau absorbant dans le creux) 0 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 f(hz)
Influence épaisseur absorbant influence sur fréquences plus épais, plus d absorption dans les basses fréquences
Index d absorption α Absorption matériau Fréquence (Hz) matériau ép. (mm) 125 250 500 1000 2000 4000 laine de verre (12 kg/m³) 45 0.16 0.39 0.8 0.96 1.09 1.2 laine de verre (55 kg/m³) 60 0.09 0.28 0.74 1.03 1.13 1.18 PU cellulles ouvertes 70 0.11 0.27 0.59 1.08 1.07 1.02 bloc béton 100 0.06 0.08 0.11 0.27 0.51 0.47 Absorption panneaux matériau 125 250 500 1000 2000 4000 multiplex 4mm sur gides 0.22 0.12 0.14 0.06 0.04 0.09 (2.9 kg/m²) avec creux 60 mm idem avec 40mm 0.5 0.2 0.12 0.06 0.04 0.09 laine minérale
index absortpion 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 Comparaison avec creux 60 mm absorption résonance 125 250 500 1000 2000 4000 fréquence (Hz) absorption poreuse Hardboard: 3.5 mm sur ossature bois: m''=3.3 kg/m² Multiplex: 4 mm sur ossature bois: m"=2.9 kg/m² Panneau aggloméré: 19 mm sur ossature bois: m"=13.5 kg/m²
Faux plafond avec absorption perforation (~20 %) A totale épaisseur matériau absorbant attention pour peintures ou voiles
Plaques perforées
Absorption bas-fréquentiel avec panneaux
Panneaux sandwich
type b: Résonateur à membrane Résonateur Helmholtz Absorption < 250 Hz
MDF
Améliorations acoustique de salles
Correction 1: temps de réverbération Sabine: T=0.16*V/A (diffus) (spèctre) T haut : 12 m³/personne T bas : 3-8 m³/personne T de la salle moyen: moyenne à 500 et 1000 Hz T diminue de 50 % Lp diminue de 3 db On peut jamais augmenter T (exc. digitalement) absorption avec baffles, plafond absorbant, panneaux
1. Critère important: T 2. Dépend de la fonction salle 3. T moyen = ½(T 500 + T 1000 ) (en secondes) 4. T trop grand absorber bruit
Réverb T (ou T 60 ): dans un point dans l espace pour une certaine fréquence ou bande de fréquence Lp dans un point [db] 60 db t 1 t 2 Temps [s] T 60
Calcul T (Sabine) T augmente avec volume T diminue avec surface d absorption dans la salle = surface d absorption équivalent A [m²] A = α ι i S i T=0.16 V / A [s] = [s/m]. [m³] / [m²] Remarques: Dépend de la fréquence T basse fréq. > T haute fréq. Applications musicales: T pour tous les fréq. égal (absorber tous les fréq.) absorption basse fréq. est important
Absorption Type a: Matériaux poreux (ép., type, forme) Type b: Résonateurs: membranes (ép. creux, masse) Helmholtz (forme) Type c: Combinaisons Voiles transparantes perforées
Transmission bruit de voix plafond réfléchissant plafond absorbant Conclusion: pour bureaux paysagers: il faut faire plus que mettre de l absorbant dans une des deux faces parallèles.
laine de verre 30 mm
type b: Résonateur à membrane Résonateur Helmholtz Mauvaise distribution modes de rés. resonateur Bonne distribution modes de rés. resonateur + mat. absorbant
f res (vide)=60/ m d m :masse surf. d:ép. creux (m) f res (vide)=55 (S/lV) l:ép. plaque (m) v:volume creux (m³) S:surface pérforation (m²) remplissage creux avec mat. absorbant absorption plus large fréq. (index d absortion absolut est cép. inférieur)
Correction 2: Eviter ondes stationnaires Distribution correcte des modes dans l espace (forme salle irrégulière) (paramètre: rapport dimensions) Eviter salle avec dimensions (h,b,l)=(x,nx,nx) Pas deux parois parallèles et nues
Rapports dimensions idéales salle (M.M. Louden) espace régulier distribution régulière des modes très mauvais = modi selon X,Y,Z coïncident Qualité hauteur facteur x facteur y 1 1 1.9 1.4 2 1 1.9 1.3 3 1 1.5 2.1 4 1 1.5 2.2 5 1 1.2 1.5 6 1 1.4 2.1 7 1 1.1 1.4 8 1 1.8 1.4 9 1 1.6 2.1 10 1 1.2 1.4 11 1 1.6 1.2 12 1 1.6 2.3 13 1 1.6 2.2 14 1 1.8 1.3 15 1 1.1 1.5 16 1 1.6 2.4 17 1 1.6 1.3 18 1 1.9 1.5 19 1 1.1 1.6 20 1 1.3 1.7
Résonance / Onde stationnaire résonance: vibration à la fréq. naturelle résonance acoustique: amplification de certaines fréq. dans un volume résonance espace: résonance acoustique dans un espace Onde stationnaire: zones stationnaire dans un espace avec haute ou basse pression acoustique
Correction 3: Diffusivité sons distribuer le son de manière homogène audibilité: +/- partout la même éviter échos dimensions diffuseur ~ dimensions ondeur de onde à diffuser
Flutter écho focalisation son éviter avec murs non-paralleles pas avec absorption (trop dans les moyens fréq. couleur son change trop)
Correction 4: Augmentation son direct Panneau réflecteur Dérriere la scène
Reflection
Application Plafonds courbés concaves : focalisation du son salle réunion
Application Plafonds courbées convexe : dispersion du son auditoire
Reflection + diffusion
Acoustique géométrique
Acoustique géométrique et digital salles de théatre salles de cinéma moderne
Basses et hautes fréq. acoustique modale acoustique géométrique le plus possible de modi de résonance (chaque volume en a) pour un volume, résonances basse fréq. sont plus néfastes (il y en a moins que des hautes fréq.) modi (f<<) raytracing (f >>) hautes fréq. : facile à absorber ( treble ) basses fréq.: plus difficile, réfraction (contourner un obstacle) ( basse )
Forme de la salle Eviter echos: l < 17 m (effet de Haas) Applications musicales: l < 27 m inclinaison, hauteur salle (reflection panneaux) Cinémas modernes: pas de réflections (rectangulaire)
rayon critique L P = L W + Q 10.log 4 2 ( ) ( ) ϕ, θ 4. 1 α + π. r A r G = Q 16. ( ) ϕ, θ. A ( ) π.1 α distribution correcte des ondes directes et diffuses dépend de la fonction de la salle
Normalisation Methodes de mesures Européen Valeurs uniques Européen Exigences National
Isolation acoustique Méthode de mesure: EN ISO 140-9 (1985) Dn,c (spectrale) Valeur unique: EN ISO 717-1 (1996) Dn,c,w
Index d absorption Méthode mesure: ISO 354 (1985) α (spectrale) Valeur unique: EN ISO 11654 (1997) α w Bruit dans la propre chambre par bruit d impact pas normalisé
Vrai ou faux? 1. Dans des sous-couches résilients il y a parfois une couche d aluminium. Est-ce meuilleur pour l acoustique (sur quelle face: en haut ou en bas)? 2. Produits en vrac résilients (ex. billes de caoutchouc) sont meuilleurs que le même produit en matelas in situ? 3. Il est mieux de mettre un sous-produit résilient de 5 mm que deux de 2.5 mm? 4. La rigidité dynamique d un produit est une constante? 5. Classifiez en ordre de décroissance d isolation acoustique pour R et Ln: plancher en: a. poutrelles hourdis céramique b. bois avec gides c. poutrelles hourdis béton d. béton plein