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STI 2D option AC Construction ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT 1. PRINCIPALES NOTIONS 1.1 LE SON Définition : Le son est une sensation auditive produite par une variation rapide de la pression de l'air. L'origine de cette variation est typiquement la vibration d'un corps (enceinte, cordes vocales, etc.) qui agite les molécules d'air environnantes. Ainsi est crée une succession de zones de pression et de dépression qui constitue l'onde acoustique. Quand cette onde, transmise par les molécules adjacentes, arrive à l'oreille, elle fait vibrer le tympan : le son est alors perçu. La vitesse de propagation dans l’air est de 340 m/s. Génération d’une onde acoustique - Exemple : diapason Caractéristiques : Le son ce caractérise par : - sa fréquence : Ce nombre d'oscillations par seconde définit la fréquence ou hauteur d'un son et s'exprime en Hertz (Hz). On distingue trois types de fréquences : basse (sons graves), médium (sons moyens), haute (sons aigus). - sa pression acoustique (niveau sonore) : Le niveau sonore d'un son est défini par le rapport de la pression acoustique à une pression de référence qui correspond au seuil minimum audible par l'oreille humaine. Il se mesure en décibel (dB) et permet de distinguer les sons forts des sons faibles. Lycée Jean Lurçat – Martigues page 1/15

Acoustique Du Batiment

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ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT

1. PRINCIPALES NOTIONS

1.1 LE SON

Définition : Le son est une sensation auditive produite par une variation rapide de la pression de

l'air. L'origine de cette variation est typiquement la vibration d'un corps (enceinte, cordes vocales, etc.) qui agite les molécules d'air environnantes. Ainsi est crée une succession de zones de pression et de dépression qui constitue l'onde acoustique. Quand cette onde, transmise par les molécules adjacentes, arrive à l'oreille, elle fait vibrer le tympan : le son est alors perçu. La vitesse de propagation dans l’air est de 340 m/s.

Génération d’une onde acoustique - Exemple : diapason

Caractéristiques : Le son ce caractérise par :

- sa fréquence : Ce nombre d'oscillations par seconde définit la fréquence ou hauteur d'un son et s'exprime en Hertz (Hz). On distingue trois types de fréquences : basse (sons graves), médium (sons moyens), haute (sons aigus).

- sa pression acoustique (niveau sonore) : Le niveau sonore d'un son est défini par le rapport de la pression acoustique à une pression de référence qui correspond au seuil minimum audible par l'oreille humaine. Il se mesure en décibel (dB) et permet de distinguer les sons forts des sons faibles.

Pression acoustique (Pa); Période T ; Fréquence f =

1T :nombre de fluctuations par seconde

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L’oreille humaine ne perçoit que les sons dont la fréquence est comprise entre :20 Hz et 20 000 Hertz

1.2 LE DECIBEL (dB)

La pression acoustique d'un bruit est mesurée en Pascals (Pa). L'oreille est sensible à des pressions allant de 0,00002 Pa a 20 Pa, soit un rapport de 1 a 1.000.000. Pour ramener cette large échelle de pression, exprimée en Pascals, a une échelle plus réduite et donc plus pratique d'utilisation, on a adopté la notation logarithmique et créé le décibel ou dB.

L'oreille humaine perçoit les sons de 0 à 130 dB, seuil de la douleur.

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1.3 Addition des dB

Du fait de l'échelle logarithmique, on ne peut pas ajouter arithmétiquement les décibels de deux bruits simultanés pour arriver au niveau sonore global. Il convient d'utiliser deux règles simples :

1. Pour deux bruits de niveaux très différents (écart supérieur à 13 dB) : le plus fort couvre complètement le plus faible.

2. Pour deux bruits de niveaux voisins (écart inférieur ou égal à 13 dB) : il faut calculer la différence en dB et ajouter au niveau le plus élevé la valeur correspondante (en dB) selon le tableau ci-dessous : En utilisant cette méthode successivement pour chacune des bandes d'octave d'un bruit, on arrive à caractériser le bruit par un seul chiffre, le niveau global dB.

Tableau des équivalences

Différence entre les deux niveaux

sonores

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Valeur en dB à ajouter au plus fort

3 2,5 2,1 1,8 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 0,2

Diagramme des équivalences

Exemple : Dans un salon, 2 sources sonores émettent 1 bruit : - Une télévision : niveau sonore = 55dB- Une chaine HI-FI : niveau sonore = 65dB

La différence est de 65 – 55 = 10 dB ainsi le diagramme des équivalences donne un ajout de 0,4 dB sur le niveau sonore les plus élevés. Ainsi niveau sonore du salon = 65 + 0,4 = 65,4 dB

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1.4 LE BRUIT

Définition : Le bruit est un mélange de sons différents, ayant chacun sa fréquence et son niveau

sonore. Pour l'analyser, il faut évaluer le niveau sonore à chacune des fréquences qui composent ce bruit. Cette analyse permet d'identifier la prépondérance de composantes en fréquences graves, médiums ou aiguës.Le graphique qui représente le niveau sonore (en dB) pour chaque fréquence (en Hz) s'appelle le «spectre sonore» du bruit.

Spectre sonore

Caractéristiques : Dans le domaine du bâtiment, il n'est pas nécessaire d’effectuer une analyse

extrêmement fine du niveau de pression acoustique pour toute la gamme de fréquences.La réglementation ne prend en compte que les fréquences de 100 à 5.000 Hz regroupées en six bandes d’octave centrées sur 125, 250, 500, 1.000, 2.000 et 4.000 Hz.

Analyse d’un bruit par bande d’octave

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1.5 LA TRANSMISSION DES BRUITS

Toute émission sonore dans un local met en vibration, par l'intermédiaire des molécules d'air, toutes les parois de ce local. Ces parois elles-mêmes engendrent une variation de la pression de l'air dans les locaux voisins ainsi, le bruit a traversé les parois (bruit aérien).De la même façon, une paroi soumise à un choc entre en vibration (bruit solidien) et ré émet un bruit aérien dans les locaux voisins. Bruit aérien et bruit solidien

Lorsqu'il n'y a pas d'obstacle rencontré, l'onde sonore se propage en ligne droite à partir de la source et le bruit s'affaiblit au fur et mesure que l'on s'en éloigne.A partir de 1 mètre, le bruit perçu décroît de 6 dB chaque fois que l'on double la distance entre la source sonore et le récepteur.

Propagation de l’onde sonore sans obstacle

1.6 LA TRANSMISSION D’UN BRUIT AERIEN A TRAVERS UNE PAROI

Lorsqu'une onde sonore rencontre une paroi, son énergie incidente est divisée en trois parties :

1. l'énergie transmise qui traverse la paroi2. l'énergie absorbée par la paroi et dissipée en chaleur3. l'énergie réfléchie vers le local d'origine

L'isolation acoustique traite de l'énergie transmise par la paroi. Cette énergie est pratiquement indépendante du caractère plus ou moins absorbant des parements. Les parties absorbées et réfléchies sont du domaine de la correction acoustique.

Il ne faut pas confondre isolation et correction acoustique : ces deux notions font appel à des techniques très différentes.

Energie acoustique : 1 transmise – 2 absorbée – 3 réfléchie

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1.7 LES DIFFERENTS BRUITS DANS LE BATIMENT

On distingue quatre types de bruit:

1. les bruits aériens intérieurs qui sont émis dans un local et qui se propagent dans l'air (chaîne hi-fi, télévision, conversation forte...),2. les bruits aériens extérieurs qui sont émis à l'extérieur de l'immeuble et qui se propagent dans l'air (circulation, trains, avions...),3. les bruits d'impact qui sont émis par une paroi mise en vibration (pas, chutes ou déplacement d'objets...),4. les bruits d'équipements qui sont émis par les appareils et installations situés soit dans le logement récepteur (machine à laver, chauffe-eau...) soit hors du logement récepteur (ascenseurs, tuyauteries, ventilation...).

1.8 LES BRUITS NORMALISES

Pour permettre une comparaison directe entre toutes les mesures, les pouvoirs publics ont défini des spectres de bruit d'émission standard, le bruit rose, le bruit route et le bruit d'impact.

Le bruit rose simule les bruits aériens émis dans le bâtiment et il est également utilisé pour représenter les bruits d'avions. Il est caractérisé par un niveau sonore de 80 dB par octave.Le bruit route simule les bruits aériens émis par le trafic routier. Il est plus riche en sons graves que le bruit rose. Le bruit d'impact normalisé est produit par une machine à chocs qui comprend cinq marteaux de 500 g tombant de 4 cm au rythme de 10 coups par seconde.

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2. ISOLATION ACOUSTIQUE

2.1 L’INDICE D’AFFAIBLISSEMENT ACOUSTIQUE R w (C,Ctr)

Cet indice caractérise la qualité acoustique d'une paroi de construction (mur, cloison, plancher, plafond, fenêtre, porte, etc.). Il est mesuré uniquement en laboratoire et ne prend en compte que la transmission directe d'un bruit aérien. Plus Rw est grand, plus l'élément a un isolement acoustique élevé.

1 transmission directe – 2 transmissions

Cependant la valeur de Rw dépend du type de bruit (rose ou routier). De ce fait les performances de la paroi devront prendre en compte deux coefficients d’adaptation :

C (pour le bruit rose) et Ctr (pour le bruit routier)

Un élément testé sera donc caractérisé par : Rw, C, Ctr S’il est soumis à un bruit rose son indice d’affaiblissement est : Rw + C S’il est soumis à un bruit routier son indice d’affaiblissement est : Rw + Ctr

2.2 LOI DE MASSE :

Pour les parois massives et homogènes, on peut obtenir la valeur de Rw en fonction de la masse par m² de paroi :

Ex : Calculer l’indice d’affaiblissement acoustique d’un refend en béton d’épaisseur 20 cm ?

Détermination de la masse surfacique : Sachant que la masse volumique du béton est de 2500 kg/m3, on a pour 1 m² de 2500 x 0,20 = 500 kg/m²

La courbe donne Rw = 65 dB

Pour une épaisseur de 15 cm, on a :2500 x 0,15 = 375 kg/m²La courbe donne Rw = 60 dB

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2.3 PREVISION DES INDICES D’AFFAIBLISSEMENT

Fenêtres :Label Acotherm Rw + Ctr (dB)

Classe AC1 30 (pour un double vitrage 4 (6) 4 )Classe AC2 36 (pour un double vitrage 10 (6) 4 )Classe AC3 42

Murs : Désignation de la paroi Épaisseur (cm) Rw (dB)

Mur en béton banché sans enduit.Si le voile est enduit, prendre Rw correspondant à l’épaisseur du mur + enduit

101620

556065

Blocs de béton pleins (1) 1520

5458

Blocs de béton perforés (1) 20 57Blocs de béton creux à parois épaisses

à parois minces (1)2020

5351

Briques creuses (1) 20 40Briques Pleines (1) 22 54

(1) Parois en maçonnerie avec joints et enduites 2 faces

Cloisons :Désignation Épaisseur (cm) Rw (dB)

Carreaux de plâtre 710

3437

Cloison constituées de 2 plaques de plâtre reliées entre elles par un réseau alvéolaire en carton

567

303032

Cloison constituée de 2 plaques (1) vissées sur montants métalliques 7 36

Idem avec, entre les plaques, un panneau semi-rigide de fibres minérales (e=45 mm) 7 41

Cloisons réalisées avec 2 panneaux (1)- 45 mm de fibres minérales x 2- 65 mm de fibres minérales x 2

1620

5666

(1) Plaques de plâtre, e = 13 mm

Planchers :Désignation de la paroi Épaisseur (cm) Rw (dB)

Dalle BA ou plancher BA avec prédalle 141620

555761

Planchers poutrelles entrevous 12 + 416 + 420 + 425 + 48 + 128 + 1412 + 14

16202429202226

47484950545858

Plancher poutrelles entrevous + 2 cm de matériau résilient + dalle flottante de 5 cm + enduit plâtre en sous-face

8 + 812 + 8

2428

2360

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2.1 INDICE D’AFFAIBLISSEMENT ACOUSTIQUE D’UNE PAROI COMPOSITE

Les différents constituants d’une paroi sont caractérisés par leur indice Ri respectif (surface Si). L’indice Rg de la façade vaut alors :

Rg=10 log [ ∑ Si

∑ (Si .10−0.1Ri ) ]Exemple : Calculer l’indice d’affaiblissement acoustique d’une paroi en béton d’épaisseur 20cm , de dimension 2,5m x 6 m et comprenant deux fenêtres de 1,20m x 0,95 m de classe AC1.

Surface béton : 2,50 x 6,00 = 15,00 Surface fenêtre : 2 fois x 1,20 x 0,95 = 2,28

Reste → 12,72 m²

R surfaces béton de 20 cm = 65 dBR fenêtre classe AC1 = 30 dB

Rg=10 log [ 12,72+2,2812,72.10−0.1 x65+2.28 .10−0.1 x30 ]= 38,17 dB

Recommencer le calcul avec des fenêtres de classe AC3 (Rw = 42 dB)

Rg=10 log [ 12,72+2,2812,72.10−0.1 x65+2.28 .10−0.1 x 42 ]= 50,06 dB

2.1 LES INDICES D’ISOLEMENT D et D nwT

L'isolement brut D est la différence de niveau de bruit entre deux locaux adjacents, celui d'émission et celui de réceptionDu fait des transmissions latérales, l'isolement brut D est toujours inférieur à l'indice d'affaiblissement Rw….

Mesure sur le site de l’indice d’isolement

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2.2 Calcul de l’isolement acoustique normalisé : D nwT :

Il faut tenir compte du temps de réverbération du local de réception : Coefficients d’absorption Sabine : αw (indice unique d’évaluation de l’absorption) Volume du local : V (m3) Aire d’absorption équivalente du local :A = Σ Si. αwi Temps de réverbération (formule de Sabine) : Tr = (0,16 V) / A Temps de réverbération de référence :T0 = 0,5 s pour l’habitation T0 = 0,8 s pour les locaux scolaires

On peut alors calculer DnwT, Isolement acoustique normalisé sur site :

DnwT = Rw + 10 log(0,16V/T0S) - a

Avec : Rw = indice d’affaiblissement de la paroi en dBV : volume de la pièce de réceptionTo : Temps de réverbération de référenceS : surface de la paroi de séparationa : réduction de l’isolement du aux transmissions latérales en dB.

Application : voir TD

Dans le bâtiment, on applique la NRA 2000 (nouvelle réglementation acoustique) qui donne les affaiblissements normalisés.

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3. LES SOLUTIONS D’ISOLATION ACOUSTIQUE

3.1 ISOLATION ACOUSTIQUE AUX BRUITS D’IMPACT

Les bruits d'impact sont le résultat d'une paroi (généralement le plancher) mise en vibration par un choc direct. Contrairement aux bruits aériens, les bruits d'impact ont une énergie incidente élevée (ceci à cause du choc direct sur une surface très faible) et la transmission de cette énergie n'est pas sensible à la masse de la paroi. Si un bruit aérien ne gêne en général que les occupants des locaux voisins du local d'émission, un bruit d'impact lui, peut s'entendre dans tout un immeuble. La transmission peut être verticale, diagonale ou horizontale.

Transmission d’un bruit d’impact

Pour diminuer le bruit aérien crée sous le plancher par un bruit d’impact, il existe 3 possibilités :

Revêtement de sol Sol flottant Doublage de plafond

3.2 ISOLATION ACOUSTIQUE AUX BRUITS D’EQUIPEMENT

Ce sont des bruits aériens ou des vibrations créées par les équipements collectifs (ascenseurs, chauffage collectif...), les équipements individuels (sanitaires, robinetteries..) et les installations à air pulsé (ventilateurs, bouches d'air...).Ces bruits sont souvent transmis par les réseaux de gaines techniques, les conduits et les cages qui traversent les parois verticales et horizontales d'un bâtiment.

1. L'isolation acoustique contre les bruits d'équipement commence par le choix d'appareils silencieux et de locaux d'émission le plus éloigné possible des locaux de réception,

2. les parois séparatives doivent avoir les indices d'affaiblissement acoustique suffisants,

3. pour les vibrations engendrées par les équipements, il est important de désolidariser les appareils et les conduits de la structure en utilisant des joints, des fourreaux, des fixations souples et des supports anti-vibratiles.

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4. CORRECTION ACOUSTIQUE

4.1 LA REFLEXION ET L’ABSORPTION

Lorsqu'une onde sonore rencontre une paroi, deux parties de l'énergie incidente ont une influence sur l'acoustique du local d'émission et sont donc prises en compte dans la correction acoustique : l'énergie réfléchie et l'énergie absorbée par la paroi.La troisième partie, l'énergie transmise par la paroi, n'est pas affectée par la correction acoustique : c'est le domaine de l'isolation acoustique.

Les réflexions sont perçues dès que la source de bruit s'arrête. Elles produisent une tramée sonore, la réverbération, d'autant plus longue que le volume de la salle est important et que les parois sont lourdes, rigides et lisses. (Tr élevé)

En mettant un matériau fibreux sur la paroi, on augmente la partie d'énergie absorbée au détriment de l'énergie réfléchie. Sa structure poreuse laisse pénétrer l'énergie et la disperse dans son épaisseur avant de la convertir en chaleur. Notez bien que cette démarche n'a aucune influence sur l'énergie transmise à travers la paroi et ne constitue pas une solution pour l'isolation acoustique du local adjacent.

L'utilisation d'un matériau absorbant a pour conséquence de rendre la salle plus «sourde» parce que la réverbération devient de très courte durée.

Action d’un matériau fibreux sur l’énergie réfléchie

4.2 LE TEMPS DE REVERBERATION

Le temps de réverbération Tr d'une salle quantifie cette durée : c'est le temps nécessaire à un bruit pour décroître de 60 dB. Dans une cathédrale, il est d'environ six secondes et dans un logement normalement meublé il est de 0,5 seconde.Le temps de réverbération croît avec le volume de la salle. Il diminue quand l'énergie absorbée par les parois augmente.Comme les matériaux absorbants ne réagissent pas de la même façon à toutes les fréquences, les temps de réverbération sont fonction de celles-ci. Il faut en tenir compte pour le traitement de certains locaux. On calcul le temps de réverbération à l’aide de la formule de Sabine

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Tr =0,16.VA

Avec surface équivalente de Sabine

A=∑ αi . Si

α = coefficient d’absorption de la surfaceS = surface considérée

Exemple de valeurs de l’indice d’évaluation de l’absorption w de quelques matériaux

Matériau αw Matériau αwBéton 0,04 Bois peint 0,05Plâtre 0,05 Briques peinte 0,01Marbre 0,01 Briques brutes 0,04parquet 0,11 vitre 0,02Surface occupée par des spectateurs assis

0,74 Tôle perforée sur laine minérale d’épaisseur 30 mm

0,33

Exemple : On étudie une salle de 7,00 m x 10,00 m de surface et de 3,00 m de hauteur.Tous les murs sont en béton brut, le sol en parquet et le plafond en tôle perforée sur laine minérale (ep 30 mm)

On a: V = 7,00 x 10,00 x 3,00 = 210 m3

Et la surface équivalente de Sabine

Si αi Si.αiplafond 7,00 x 10,00 70,00 0,33 23,10plancher 7,00 x 10,00 70,00 0,11 7,70murs 2 fois 7,00 x 3,00 42,00 0,04 1,68

2 fois 10,00 x 3,00 60,00 0,04 2,40A = ΣSi.αi = 34,88

Ainsi :

Tr =0,16×21034,88

=0.96 s

Sachant que pour une salle inférieur à 250 m3, 0,4s < Tr < 0,8 s, il faut ajouter un matériau absorbant sur une partie des murs.

5. LES SOLUTIONS DE CORRECTION ACOUSTIQUE

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Les procedes d’absorption :Il y a trois types de procédés d'absorption acoustique, chacun plus ou moins adapté

aux fréquences basses, médiums ou aiguës :1. les membranes, constituées de panneaux fléchissant placés à une certaine distance d'une paroi, sont efficaces pour les basses fréquences.2. les résonateurs sont souvent des plaques perforées qui, en créant des espaces de forme «bouteille» devant une paroi, absorbent l'énergie à une fréquence calculée. Ils sont utilisés, en général, pour le traitement des fréquences médiums.3. la laine de verre est particulièrement bien adaptée à l'absorption des fréquences aiguës. En augmentant son épaisseur, on améliore aussi ses performances dans les basses et moyennes fréquences.

Ces différents systèmes peuvent être combinés pour étendre la plage de fréquences absorbées ou pour augmenter l'absorption à une fréquence donnée.La laine de verre joue ces rôles quand elle est associée aux effets membrane et résonateur (laine de verre derrière une tôle perforée ou une plaque de plâtre perforée).

Absorption par membrane Absorption par résonateur Absorption par matériau fibreux

Exemple de traitement acoustique d’une salle polyvalente :

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6. ANNEXE : VALEURS REGLEMENTAIRES NRA 2000

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