COURS D ACOUSTIQUE DU DU BATIMENT Chapitre 1 : NOTIONS DE BASE Chapitre : LES SOURCES DE BRUIT Chapitre 3 : ISOLATION ACOUSTIQUE DES PAROIS Chapitre 4 : ACOUSTIQUE DES LOCAUX CORRECTION ACOUSTIQUE Chapitre 5 : ACOUSTIQUE DES LOCAUX ISOLEMENTS AUX BRUITS AERIENS Chapitre 6 : ACOUSTIQUE DES LOCAUX ISOLEMENTS AUX BRUITS D IMPACTS ET D EQUIPEMENTS
Chapitre 1 : NOTIONS DE BASE 1. LE SON LE BRUIT 1.1 Son pur 1. Son complexe 1.3 Le bruit - Analyse spectrale d un bruit. LES NIVEAUX ACOUSTIQUES LE DECIBEL.1 Niveau de pression acoustique (L p. Niveau de puissance acoustique (L w.3 Niveau d intensité acoustique (L I.4 Niveau sonore équivalent (L eq.5 Opérations sur les niveaux sonores 3. ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE 3.1 L oreille humaine 3. Le décibel physiologique 4. LA MESURE DU BRUIT
Chapitre 1. NOTIONS DE BASE D ACOUSTIQUE 1. Le son Le bruit Onde acoustique = succession de surpressions et de dépressions infinitésimales, qui se propagent depuis la source jusqu'à l'organe de réception. La pression fluctue autour de la pression atmosphérique. Quand une onde acoustique arrive à l'oreille, elle fait vibrer le tympan : le son est alors perçu.
L oreille humaine
Oreille externe : Amplifie et localise le son
osselets Oreille moyenne : Transmet les vibrations perçues par le tympan vers l oreille interne grâce aux osselets
Oreille interne : Transforme les vibrations en influx nerveux qui gagne les centres de l audition du cerveau
1.1 Son pur Vibration sinusoïdale autour de la pression atmosphérique. Amplitude pression Pression atmosphérique temps pression efficace f = 1/T fréquence Exemple : diapason
Fréquence - Période - Pulsation Fréquence f (Hz d'un son pur = nombre de vibrations effectuées par seconde. La fréquence caractérise la hauteur du son f = 1 T = ω π 0 < fréquences audibles < 16 000 Hz Infra-sons : tremblements de terre, secousses telluriques. Ultra-sons peuvent être perçus par les animaux : le chien perçoit les sons jusqu'à 40000 Hz, la chauve-souris et le dauphin jusqu'à 150 000 Hz. fréquence basse (sons graves fréquence médium (sons moyens fréquence haute (sons aigus avec T(s = période et ω (rad/s = pulsation
Vitesse du son - Longueur d onde Vitesse du son ou célérité (c : varie suivant l'homogénéité et l'élasticité du corps. Matériaux Vitesse (m/s Matériaux Vitesse (m/s Air (0 C Eau Bois Béton Brique 340 1460 1000 à 000 3500 500 Acier Verre Plomb Liège Caoutchouc Longueur d'onde (λ : distance parcourue par une onde acoustique pendant une période. 5000 à 6000 5000 à 6000 130 450 à 500 40 à 150 λ (m = c T = (m / s (s c (m / s f (Hz Exemple : note DO f = 56 Hz λ = 1,33 m (air λ = 5,7 m (eau λ = 19,5 m (acier, verre 0,3 m (caoutchouc
Pression acoustique La pression acoustique est une pression effective. p(t = P(t - p atm avec : p(t = pression acoustique instantanée (varie entre.10-5 Pa et 0 Pa P(t = pression totale instantanée p atm = pression atmosphérique (101300 Pa L oreille est insensible à la pression atmosphérique. Elle n'est sensible qu'à une variation de pression autour de la pression atmosphérique. C'est pour cela qu'on ne s'intéresse qu'à la pression effective p(t. Dans le cas d'un son pur : avec : p(t = p max sin ω t p max = amplitude = force du son Pression acoustique efficace p e : p = p (t dt C'est cette pression que l'on utilisera dans tout le reste du cours. Par mesure de simplification, on la notera p. e 1 T T 0 p e = p max
Puissance acoustique Une onde acoustique provient d'une source sonore que l'on caractérise par sa puissance. Puissance acoustique (w = énergie sonore traversant une surface par unité de temps. On la calcule par intégration de la pression acoustique p sur une surface sphérique S entourant la source sonore. w S = p w s'exprime en Watt ρc pression p avec : ρ = masse volumique du milieu propagateur c = célérité du son dans le milieu propagateur Pour l'air ρc 1, x 340 = 400 kg.m -.s -1 Intensité acoustique Intensité acoustique (I = puissance acoustique ramenée à l'unité de surface. I w p = = I s'exprime en W/m S ρc
1. Son complexe Son complexe = son périodique (moteur à vitesse cte par exemple que l'on peut décomposer, d'après le principe de Fourier, en une série de sons purs. pression efficace pression temps f fondamental f 3f 4f harmoniques fréquence * 1 er terme = fondamental (f fondamental = f son complexe caractérise la hauteur du son (grave, médium ou aigu Série * autres termes = harmoniques (f harmoniques = n x f fondamental caractérisent le timbre. C'est grâce au timbre qu'on peut reconnaître deux instruments qui émettent la même note musicale.
DECOMPOSITION D UN SON COMPLEXE FONDAMENTAL HARMONIQUES SON COMPLEXE T = 1/f f fondamental = f son complexe f harmoniques = n x f fondamental
1.3 Le bruit - Analyse spectrale d un bruit Bruit = vibration non périodique. C'est un mélange aléatoire de sons de fréquences quelconques. pression pression efficace Bruit temps Spectre sonore fréquence Un bruit peut être grave, médium ou aigu. Il est d'usage d'attacher au mot "bruit" la notion d'une certaine gêne. Représentation d'un bruit "en régime permanent" ou "stationnaire" (sirène ou alarme par exemple.
pression efficace Analyse par bandes d octaves fréquence Le spectre sonore d'un bruit est composé d'une infinité de fréquences. Son analyse simplifiée consiste à déterminer des niveaux sonores moyens, dans des bandes de fréquences de largeur finie appelées bandes d'octaves. La représentation spectrale peut être une ligne brisée ou un histogramme. Octave (n.f. : intervalle compris entre une fréquence et le double de cette fréquence. Fréquences médianes des octaves normalisées : 16 ; 31,5 ; 63 ; 15 ; 50 ; 500 ; 1000 ; 000 ; 4000 ; 8000 ; 16000 Hz Dans le bâtiment, on ne retient que les octaves allant de 15 à 4000 Hz.
1.4 Différents types de bruit On distingue trois types de bruit : bruits aériens : se propagent dans l'air. Peuvent être émis : dans un local (conversation, télévision, chaîne hi-fi,, à l'extérieur d un immeuble (circulation, trains, avions. bruits d impacts : émis par une paroi mise en vibration (pas, chutes ou déplacements d'objets. bruits d équipements : émis par des appareils et installations situés : soit dans le logement récepteur (machine à laver, chauffe-eau soit hors du logement récepteur (ascenseurs, tuyauteries, ventilation.
Chapitre 1 : NOTIONS DE BASE 1. LE SON LE BRUIT 1.1 Son pur 1. Son complexe 1.3 Le bruit - Analyse spectrale d un bruit. LES NIVEAUX ACOUSTIQUES LE DECIBEL.1 Niveau de pression acoustique (L p. Niveau de puissance acoustique (L w.3 Niveau d intensité acoustique (L I.4 Niveau sonore équivalent (L eq.5 Opérations sur les niveaux sonores 3. ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE 3.1 L oreille humaine 3. Le décibel physiologique 4. LA MESURE DU BRUIT
. Les niveaux acoustiques - Le décibel.1 Niveau de pression acoustique (L p ❶ L'oreille est sensible à des pressions variant entre.10-5 Pa et 0 Pa. impossibilité d'utiliser une échelle linéaire. ❷ Plus la pression faible, plus sensibilité de l'oreille élevée. Plus pression élevée, plus sensibilité faible. comportement logarithmique C'est pour ces deux raisons que WEBER-FECHNER a énoncé la loi suivante : "La sensation auditive est proportionnelle au logarithme (décimal de l'excitation" qui a conduit à définir le niveau de pression acoustique comme étant égal à : L p p = 10log p 0 = 0log p p 0 L p est exprimé en décibel (db p = pression acoustique (efficace de l'onde sonore en Pa p 0 = pression acoustique de référence correspondant au seuil d'audibilité d'un son à 1000 Hz =.10-5 Pa.
Fonction logarithmique x 1 10 10 10 3 10 4 10 5 y = log x 0 1 3 4 5 6 6 5 5 4 4 y 3 y 3 1 1 0 0 0000 40000 60000 80000 100000 0 1 10 100 1000 10000 100000 x log x Echelle métrique Echelle semi-log La fonction logarithmique : - dilate les valeurs faibles et comprime les valeurs fortes, ce qui traduit la sensibilité de l'oreille aux bruits faibles et sa protection aux bruits élevés. - sa représentation dans une échelle semi-log permet une lecture précise des valeurs faibles.
Echelle des niveaux sonores à 1000 Hz Pression (Pa 00 0 0, 0,0 0,00 0,000 0,0000 Niveau de pression acoustique (db Exemples Sensation auditive 180 Fusée Ariane au décollage Insupportable 140 Moteur d'avion à réaction Douloureux 10,5 min maxi Voiture de "Formule 1" Difficilement supportable 110 5 min maxi Passage d'un train 100 4h maxi Marteau piqueur Très bruyant 90 40h maxi Alarme de voiture 80 Rue à grande circulation Fatigant 70 Restaurant bruyant, rue Bruits courants 60 Conversation normale Gênant 50 Bureau, piscine 40 Séjour, salle de cours Reposant 30 Chambre à coucher Calme 0 Studio, campagne tranquille 10 Déplacement d'une personne 0 Seuil d'audition
. Niveau de puissance acoustique (L w S w w = p Lw 10log( ρc = w0 w : puissance acoustique de la source (W w 0 : puissance acoustique de référence w 0 = p 0 ρ air S c air = (.10 5 1 400 L w est exprimé en décibel (db = 10-1 W.3 Niveau d'intensité acoustique (L I I p I = LI = 10log( ρc I 0 L I est exprimé en décibel (db I : intensité acoustique (W/m I 0 : intensité acoustique de référence I 0 = air p0 ρ c air = 5 (.10 400 = 10-1 W/m
Remarque importante L I = 10 log I I 0 = 10 log ρ p ρc air 0 p c air Si le son se propage dans l'air L I n'est égal à L p que dans l'air. p L I = 10 log = L p 0 p Notation : L I = L p = L.4 Niveau sonore équivalent (L eq L Même énergie acoustique L L eq temps temps
.5 Opérations sur les niveaux sonores Les niveaux sonores (L p, L I sont des définitions qui traduisent la sensation de l'oreille. On ne peut pas faire des opérations arithmétiques directes sur des "définitions". Il faut revenir aux valeurs physiques (p, I qui caractérisent l'excitation, en effectuant la transformation suivante : ou p p Lp = 10 log p = 10 10 p 0 p LI I L 10 I = 10 0 I0 I = 10 log I 0 L Après avoir fait les calculs sur les valeurs physiques (p ou I on revient aux décibels en utilisant leurs définitions correspondantes.
Chapitre 1 : NOTIONS DE BASE 1. LE SON LE BRUIT 1.1 Son pur 1. Son complexe 1.3 Le bruit - Analyse spectrale d un bruit. LES NIVEAUX ACOUSTIQUES LE DECIBEL.1 Niveau de pression acoustique (L p. Niveau de puissance acoustique (L w.3 Niveau d intensité acoustique (L I.4 Niveau sonore équivalent (L eq.5 Opérations sur les niveaux sonores 3. ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE 3.1 L oreille humaine 3. Le décibel physiologique 4. LA MESURE DU BRUIT
3.1 L'oreille humaine 3. Acoustique physiologique Le décibel traduit assez bien les impressions ressenties par l'oreille mais uniquement à 1000 Hz. En effet, l'oreille humaine ne perçoit pas tous les sons de la même manière. Sa sensibilité varie en fonction de la fréquence : La sensibilité est maximale pour les sons de fréquence comprise entre 500 et 5000 Hz et s'atténue fortement aux fréquences basses.
Exemple : un son de 40 db à 1000 Hz produit la même sensation qu'un son de 60 db à 60 Hz. Sa sensibilité varie en fonction du niveau sonore : Plus le niveau sonore est important plus la différence de sensibilité avec la fréquence est atténuée. Exemple : un son de 100 db à 1000 Hz, produit la même sensation qu'un son de 108 db à 60 Hz.
3. Le décibel physiologique Pour obtenir, au moyen d'un appareil, des lectures représentatives des niveaux sonores perçus par l'oreille, il a été nécessaire d'introduire des filtres qui pondèrent à chaque octave le niveau sonore mesuré. L < 55 db 55 < L < 85 db L > 85 db Le niveau sonore global pondéré, proche du niveau sonore perçu par l'oreille, porte le nom de décibel physiologique. La pondération "A" est de loin la plus utilisée. Dans ce cas, les coefficients de pondération ont pour valeurs : Fréquences (Hz : 15 50 500 1000 000 4000 Pondération (db : -15,5-8,5-3 0 +1 +1 Le niveau sonore global pondéré "A" s'exprime en db(a.
4. La mesure du bruit Le bruit se mesure avec un appareil appelé sonomètre. Les sonomètres permettent : soit une mesure globale du bruit : on obtient une seule valeur en db(a. soit une mesure par octave : on obtient une valeur en db pour chaque octave.