1-Notions de Base

COURS D’ACOUSTIQUE DU BATIMENT

COURS D’ACOUSTIQUE DU BATIMENT

Chapitre 1 : NOTIONS DE BASE

Chapitre 2 : 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 BASEChapitre 1 : NOTIONS DE BASE

4. LA MESURE DU BRUIT

1. LE SON – LE BRUIT

1.1 Son pur

1.2 Son complexe

1.3 Le bruit - Analyse spectrale d’un bruit

2. LES NIVEAUX ACOUSTIQUES – LE DECIBEL

2.1 Niveau de pression acoustique (Lp)

2.2 Niveau de puissance acoustique (Lw)

2.3 Niveau d’intensité acoustique (LI)

2.4 Niveau sonore équivalent (Leq)

2.5 Opérations sur les niveaux sonores

3. ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE

3.1 L’oreille humaine

3.2 Le décibel physiologique

Chapitre 1. NOTIONS DE BASE D’ACOUSTIQUEChapitre 1. NOTIONS DE BASE D’ACOUSTIQUE

1. Le son – Le bruit1. Le son – Le bruit

Onde acoustique = succession de surpressions et de dépressions infini-tésimales, 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

Oreille moyenne :Transmet les vibrations perçues par le tympan vers l’oreille

interne grâce aux osselets

osselets

Oreille interne :Transforme les vibrations en influx nerveux qui gagne les

centres de l’audition du cerveau

fréquence

pression efficace

1.1 Son pur

Vibration sinusoïdale autour de la pression atmosphérique.

Pression atmosphérique temps

pression

f = 1/T

Am

plitu

de

Exemple : diapason

Fréquence - Période - Pulsation

Fréquence f (Hz) d'un son pur = nombre de vibrations effectuées par seconde.

20 < 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'à40000 Hz, la chauve-souris et le

dauphin jusqu'à 150 000 Hz.

La fréquence caractérise la hauteur du son

fréquence basse (sons graves)

fréquence médium (sons moyens)

fréquence haute (sons aigus)

ππππωωωω========2T

1f avec T(s) = période et ω ω ω 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.

Longueur d'onde (λ) : distance parcourue par une onde acoustique pendant une période.

)Hz(

)s/m()s()s/m()m( f

cTc ========λλλλ

Exemple :

note DO→ f = 256 Hz

λλλλ = 1,33 m (air)

λλλλ = 5,7 m (eau)

λλλλ = 19,5 m (acier, verre) – 0,3 m (caoutchouc)

Matériaux Vitesse (m/s) Matériaux Vitesse (m/s)

Air (20°C) Eau

Bois

Béton Brique

340 1460

1000 à 2000

3500 2500

Acier Verre

Plomb

Liège Caoutchouc

5000 à 6000 5000 à 6000

1320

450 à 500 40 à 150

La pression acoustique est une pression effective.

Pression acoustique

p(t) = P(t) - patm

avec : p(t) = pression acoustique instantanée (varie entre 2.10-5 Pa et 20 Pa)

P(t) = pression totale instantanée

patm = pression atmosphérique (101300 Pa)

L’oreille est insensible à la pression atmosphérique.

Dans le cas d'un son pur :

p(t) = pmax sin ωωωω t

avec : pmax = amplitude = force du son

Pression acoustique efficace pe : dt)t(pT1

pT

0

2e ∫∫∫∫====

C'est cette pression que l'on utilisera dans tout le reste du cours.

2

pp max

e ====⇒

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).

Par mesure de simplification, on la notera p.

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.

cS

pw 2

ρρρρ==== w s'exprime en Watt

avec : ρρρρ = masse volumique du milieu propagateur

c = célérité du son dans le milieu propagateur

Pour l'air ρρρρc ≅≅≅≅ 1,2 x 340 = 400 kg.m-2.s-1

Intensité acoustique

Intensité acoustique (I) = puissance acoustique ramenée à l'unité de surface.

cp

Sw

I2

ρρρρ======== I s'exprime en W/m2

pression p

1.2 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

fréquencefondamental

f

Série →→→→

* 1er terme = fondamental (ffondamental = fson complexe)

* autres termes = harmoniques (fharmoniques = n x ffondamental)

caractérisent le timbre. C'est grâce au timbre qu'on peut recon-naître deux instruments qui émettent la même note musicale.

caractérise la hauteur du son (grave, médium ou aigu)

harmoniques

2f 3f 4f

pression

temps

FONDAMENTAL

SON COMPLEXE

HARMONIQUES

ffondamental = fson complexe

fharmoniques = n x ffondamental

T = 1/f

DECOMPOSITION D’UN SON COMPLEXE


Bruit = vibration non périodique.

C'est un mélange aléatoire de sons de fréquences quelconques.

pression efficace

fréquenceSpectre sonore

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

tempsBruit

ou un histogramme.

Analyse par bandes d’octaves

Le spectre sonore d'un bruit est composé d'une infinité de fréquences.

La représentation spectrale peut être

Octave (n.f.) : intervalle compris entre une fréquence et le double de cette fréquence.

Fréquences médianes des octaves normalisées :

16 ; 31,5 ; 63 ; 125 ; 250 ; 500 ; 1000 ; 2000 ; 4000 ; 8000 ; 16000 Hz

Dans le bâtiment, on ne retient que les octaves allant de 125 à 4000 Hz.

une ligne brisée

pression efficace

fréquence

Son analyse simplifiée consiste àdéterminer des niveaux sonores moyens, dans des bandes de fréquences de largeur finie appelées bandes d'octaves.

1.4 Différents types de bruit

On distingue trois types de bruit :

� bruits aériens : 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…).

se propagent dans l'air.






1.1 Son pur

1.2 Son complexe









2. Les niveaux acoustiques - Le décibel2. Les niveaux acoustiques - Le décibel

2.1 Niveau de pression acoustique (L p)

� L'oreille est sensible à des pressions variant entre 2.10-5 Pa et 20 Pa.

impossibilité d'utiliser une échelle linéaire.

� Plus la pression faible, plus sensibilité de l'oreille élevée.

Plus pression élevée, plus sensibilité faible.

comportementlogarithmique

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 :

====

====

020

2

p pp

log 20p

p log 10L Lp est exprimé en décibel (dB)

p = pression acoustique (efficace) de l'onde sonore en Pa

p0 = pression acoustique de référence correspondant au seuil d'audibilitéd'un son à 1000 Hz = 2.10 -5 Pa.

0

1

2

3

4

5

6

0 20000 40000 60000 80000 100000

x

y

Echelle métriqueEchelle métrique

Fonction logarithmique

x 1 10 102 103 104 105

y = log x 0 1 2 3 4 5

0

1

2

3

4

5

6

1 10 100 1000 10000 100000

log x

y

Echelle semi-logEchelle 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.

Pression (Pa)

Niveau de pressionacoustique (dB)

Exemples Sensation auditive

20020

2

0,2

0,02

0,002

0,0002

0,00002

110 25 min maxi Passage d'un train

90 40h maxi Alarme de voiture

50 Bureau, piscine

20 Studio, campagne tranquille10 Déplacement d'une personne0 Seuil d'audition

180 Fusée Ariane au décollage Insupportable140 Moteur d'avion à réaction Douloureux120 2,5 min maxi Voiture de "Formule 1" Difficilement supportable

100 4h maxi Marteau piqueur Très bruyant

80 Rue à grande circulation Fatigant70 Restaurant bruyant, rue Bruits courants60 Conversation normale Gênant

40 Séjour, salle de cours Reposant30 Chambre à coucher Calme

Echelle des niveaux sonores à 1000 Hz

2.2 Niveau de puissance acoustique (L w)

cS

pw 2

ρρρρ==== )

ww

( log 10L0

w ====⇒ Lw est exprimé en décibel (dB)

w : puissance acoustique de la source (W)

w0 : puissance acoustique de référence

w0 = 4001

)10.2(c

Sp 25

airair

20

−−−−====ρρρρ

= 10 -12 W

2.3 Niveau d'intensité acoustique (L I )

cp

I2

ρρρρ==== ⇒ )

II

( log 10L0

I ==== LI est exprimé en décibel (dB)

I : intensité acoustique (W/m2)

I0 : intensité acoustique de référence

I0 = 400)10.2(

cp 25

airair

20

−−−−====

ρρρρ= 10 -12 W/m2

Remarque importante

====

0I I

I log 10L

ρρρρ

ρρρρ====

airair

20

2

cp

cp

log 10

Si le son se propage dans l'air ⇒⇒⇒⇒

Notation : LI = Lp = L

2.4 Niveau sonore équivalent (L eq)

L

temps

L

temps

LeqMêmeénergie

acoustique

p20

2

I Lp

p log 10L ====

====

LI n'est égal à Lp que dans l'air.


Les niveaux sonores (Lp, LI) 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 :

====

20

2

pp

p log 10L ⇔⇔⇔⇔ 10

L

20

2 p

10p

p ====

ou

====

0I I

I log 10L 10

L

0

I

10II ====⇔⇔⇔⇔

Après avoir fait les calculs sur les valeurs physiques (p ou I) on revient aux décibels en utilisant leurs définitions correspondantes.






1.1 Son pur

1.2 Son complexe









3. Acoustique physiologique3. Acoustique physiologique

3.1 L'oreille humaine

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 sensibilitéavec 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.


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 quipondèrent à chaque octave le niveau sonore mesuré.

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 pondé-ration ont pour valeurs :

Fréquences (Hz) : 125 250 500 1000 2000 4000Pondération (dB) : -15,5 -8,5 -3 0 +1 +1

Le niveau sonore global pondéré "A" s'exprime en dB(A).

L < 55 dB

55 < L < 85 dB

L > 85 dB

4. La mesure du bruit4. 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.

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