Acoustique Present 3

Philippe Nika Professeur Univ. Franche-Comt_ Acoustique

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3. ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE ET PSYCHOACOUSTIQUE

3.1 Introduction

Limpression de gne que produit un bruit dpend de nombreux facteurs, physiques et psycho-

physiologiques, et pas seulement de son intensit physique .

Les multiples causes de la gne impute au bruit peuvent tre:

* lintensit sonore,

* le spectre du bruit,

* sa dure,

* la vitesse daccroissement du niveau lors dun bruit impulsionnel,

Mais la gne sonore est due bien dautres causes :

* physiologiques (tat de sant, anxit, fragilit, ),

* psychologiques (tat mental, intro ou extraversion, connaissance, acceptation ou non de lactivit

professionnelle produisant ce bruit, )

* sociologique (milieu socio-culturel, relations affectives avec le voisinage, ).

Il est donc vident quaucune chelle de niveau sonore objective, ne peut donner une indication de

gne ressentie, dans ces conditions, il est trs difficile de prciser le niveau de bruit admissible

dans une situation dexposition sonore donne.


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3.2 Loreille humaine

3.2.1 Donnes physiologiques

Comme le montre la figure 3.1, loreille est compose de trois parties :

- loreille externe (pavillon et conduit auditif) ;

- loreille moyenne (tympan et chane des osselets) ;

- loreille interne (appareil vestibulaire et la cochle).

Figure 3.1 : L'oreille humaine.

Loreille externe , constitue du lobe ou pavillon et du canal auditif, reoit les ondes sonores qui

excitent le tympan ; organe de jonction avec loreille moyenne .

Loreille moyenne possde trois petits os (chane des osselets) agissant comme des bielles et un

piston. Ces osselets transmettent les variations de pression acoustique vers loreille interne

qui est constitue de deux systmes spars : les canaux semi-circulaires pour lquilibrage et la

cochle ou limaon, spirale osseuse qui contient lorgane de laudition : lorgane de Corti. La


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cochle en forme descargot, remplie de liquide et spare longitudinalement en deux par la

membrane basilaire.

En rponse un stimulus acoustique, le liquide dans le limaon actionne la membrane basilaire

sur la surface suprieure de laquelle se trouvent 15000 20000 cellules cilies. Celles-ci

enregistrent le mouvement et le transforment en impulsions nerveuses qui sont transmises au cerveau

par le nerf cochlaire.

Du point de vue de la scurit, les dangers concernant loreille externe sont trs faibles

Au niveau de l'oreille moyenne contenant la cavit tympanique de frquence de rsonance situe

vers 1300 1500 Hz, les risques de dchirure du tympan ou de lsions de la chane des

osselets sont rels sous contraintes sonores leves et prolonges.

Il existe au niveau de loreille moyenne des muscles commands par le cerveau qui, par tension,

permettent dattnuer lintensit du bruit reu sur certaines frquences. Ce rflexe stapdien

d'autoprotection fait partie de cette crispation qui est cre lorsque l'on est, par exemple, devant

une presse emboutir en action.

Lors de l'exposition des bruits intenses transitoires, on observe une destruction

irrversible dune partie des cellules cilies sensorielles de loreille interne .

A cette destruction correspond une diminution progressive de lacuit auditive. Plus il y a de cellules

dtruites, moins le cerveau est capable de compenser cette perte dinformation. Cette perte est

normalement plus importante aux frquences voisines de 4 6 kHz auxquelles loreille est plus

sensible.

Les bruits impulsionnels ou transitoires et de chocs sont cet gard les plus dangereux, de

par leur brivet tels que tir, choc dun marteau-pilon sur la pice, qui occulte l'efficacit du rflexe

stapdien. On conoit aisment qu'en l'absence d'information d'avertissement le rflexe stapdien

n'tant pas mis en uvre, le risque de traumatisme et de surdit soit beaucoup plus grand.


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3.2.2 Les principales sensations sonores

La sensation auditive associe la frquence dun son est la hauteur tonale ou tonie. Pour

lchelle musicale, elle stend du grave laigu. La tonie dpend principalement de la frquence du

son, mais aussi de son intensit et de sa composition spectrale.

Le timbre ou richesse du son dpend des harmoniques accompagnant le fondamental, parfois

de leurs phases respectives.

Un son harmonique ou pur au sens physique (vibration sinusodale) nest pas agrable loreille. Au

contraire, un son riche en harmoniques (instruments de musique) parat agrable et sa composition

spectrale caractrise le timbre de chaque instrument.

Loreille apprcie aussi la vitesse de variation dun bruit, elle est sensible aux transitoires et

les variations rapides de niveau perturbent plus ou moins la perception.

3.2.3 Les lois de l'audition : courbes isosoniques de Fletcher

Malgr son extraordinaire qualit, l'oreille humaine nest pas un transducteur acoustique

linaire et ses capacits sont limites en amplitude et en frquence.

Pour une personne jeune et otologiquement saine, le systme auditif humain n'analyse qu'une partie

des bruits qui lui parvient dans la gamme de frquence audible allant de 16 Hz 20 kHz.

L'oreille est plus sensible aux sons entre 2 et 5 kHz pour ltre moins aux plus hautes et plus

basses frquences dans des proportions diffrentes

- le seuil d'audition, fix 20 mPa 1000 Hz (soit 0 dB) en onde plane harmonique se

diffusant librement ;


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- le seuil de douleur, situ au-dessus de 130 dB.

Bien qu'une augmentation de 6 dB reprsente un doublement du niveau de pression

acoustique, une augmentation d'environ 10 dB est ncessaire pour que, subjectivement, le

son nous paraisse deux fois plus fort

Le plus petit changement perceptible est d'environ 3 dB.

Courbes d'gales sensations sonores ou isosoniques de Fletcher et Munson pour des sons

harmoniques, et ce pour des niveaux de rfrence choisis 1000 Hz.

La courbe de sensibilit de l'oreille est l'inverse des courbes de pression provoquant l'isosonie.

Figure 3.2 : Courbes d'isosonie ou d'gale intensit acoustique.

(d'aprs Fletcher et Munson)


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3.2.4 Rseau de pondrations physiologiques

Les sonomtres autorisent la mesure de la sensation sonore rellement ressentie par l'oreille en

fonction de la frquence ils peuvent simuler les courbes isosoniques de Fletcher.

Il rsulte de ceci quatre caractristiques internationalement reconnues modifiant le signal de faon

inverse aux courbes isosoniques de Fletcher, appeles : pondrations A, B, C et D

- la pondration A sera utilise pour les niveaux sonores infrieurs 55 dB ;

- la pondration B sera utilise pour les niveaux compris entre 44 et 85 dB ;

- la pondration C sera utilise pour les niveaux suprieurs 85 dB ;

- la pondration D sera rserve aux bruits d'avion.

Les mesures en pondration physiologiques seront notes en dB(A), dB(B), dB(C) et dB(D). Sans

pondration, la notation sera dB ou dB(lin) (linaire).

Figure 3.3 : Filtres de pondrations physiologiques. (affaiblissement

sonore appliquer au dB lin).


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3.2.5 Courbes NR d'valuation du bruit (Noise Rating)

Les courbes isosoniques d'gales sensation d'intensit acoustique de Fletcher et Munson, ont t

tablies pour des sons purs .

Un trac du mme genre a t refait avec des sons de bandes d'octave de l'analyse en frquence

pour obtenir les courbes NR donnes par la recommandation ISO R 1996 [3] et la norme NF S

30-010 [4].

La frquence de 1000 Hz est toujours la rfrence. On constate toujours une sensibilit de l'oreille

beaucoup plus faible aux basses frquences qu'aux aigus.

Utilisation des courbes NR :

- on fait l'analyse en frquence du bruit par bandes d'octave ;

- on reporte le spectre trouv sur le rseau de courbes NR ;

- on dtermine la courbe immdiatement suprieure tous les points relevs. Le numro de

cette courbe est le rsultat de l'valuation sonore.

-


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Figure 3.4: exemple de report sur les courbes NR

N.B.

Si l'analyse a t effectue par 1/3 d'octave, on ajoutera 5 dB (10 log 3 = 4,77 dB).


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Corrections apporter la suite de l'utilisation des courbes NR :

- Son pur aisment perceptible : + 5 dB ;

- Son transitoire ou intermittent et de chocs : + 5 dB ;

- Bruit limit aux heures de travail : - 5 dB ;

- Bruit pendant 25 % du temps de travail : - 5 dB ;

- 6 % : - 10 dB ;

- 1,5 % : - 15 dB ;

- 0,4 % : - 20 dB ;

- 0,1 % : - 25 dB ;

- Campagne trs tranquille : + 5 dB ;

- Campagne : 0 dB ;

- Zone urbaine rsidentielle : - 5 dB ;

- Zone urbaine industrielle : + 10 dB ;

- Zone industrielle : + 15 dB.


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3.3 Les effets du bruit

3.3.1 Les effets physiologiques du bruit

Le bruit a pour consquence :

- un effet de masque .

De la mme faon qu'une odeur en masque d'autres, une ambiance sonore va perturber la

transmission dautres sons. Le bruit masquant peut tre dans la zone de frquence

conversationnelle (difficile de se dpartir du masque) ou, en gnral, plus haut (utilisation de

moyens de protection individuel comme les casques ou bouchons d'oreilles).

On notera que l'agressivit des sons purs et leur raret font que de nombreuses alarmes les

utilisent pour mieux se dtacher du bruit ambiant ;

- une difficult de localisation spatiale.

Normalement, le processus de captation sonore est trs peu directif dans de bonnes

conditions d'coute ; et l'on n'a pas besoin de faire face la source pour la dcouvrir.

Cette facult disparat progressivement quand le masque augmente.

- une adaptation auditive.

C'est une sorte d'accommodation un bruit prolong qui diminue la sensibilit auditive par une

modification essentiellement musculaire, au niveau de l'oreille moyenne. Elle ne prsente pas de

caractre pathologique, et elle disparat rapidement quand le bruit cesse ;

- une gne pour raliser un travail.

Par exemple, les exigences mentales dun travail de plus en plus informatis semblent rendre les

oprateurs plus sensibles des bruits considrs habituellement comme non traumatisants

(infrieurs 85 dB pondration A ) ;

- la fatigue auditive.


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Au point de vue physiologique, la fatigue auditive consiste essentiellement en une diminution

passagre de lactivit du rcepteur de loreille aprs une diminution sonore (on rcupre une

audition normale aprs une priode plus ou moins longue de repos en ambiance calme) ;

3.3.2 Les effets pathologiques du bruit

On peut les classer en trois catgories :

- le traumatisme ;

- la surdit professionnelle ;

- les effets divers.

Le traumatisme acoustique

Le traumatisme acoustique est une lsion apporte par un phnomne physique extrieur

soudain, et de courte dure, sur le systme auditif. Il possde un caractre transitoire , par

opposition l'action de longue dure du bruit provocant la surdit. Le rsultat sur le plan auditif reste

le mme, savoir perte de sensibilit partiellement ou sur toute l'tendue du spectre.

On fera la distinction entre le traumatisme qui est considr comme accident du travail, alors

que la surdit est une maladie professionnelle

La surdit professionnelle

Lexposition un bruit intense et prolong provoque des pertes auditives qui se dveloppent en

gnral en trois phases :

- on constate, dabord, une perte daudition de 30 40 dB, dans les frquences comprises

entre 4000 et 6000 Hz. Cela ne provoque pas de gne pour la conversation, et nest donc

repr que par lexamen audiomtrique ;

- par la suite, la perte daudition stend des frquences plus basses (3000, 2000 et

1000 Hz), et la personne ne comprend plus les paroles puis nentend plus les voix, en

commenant par les voix aigus. Cest une phase dinstallation de la surdit ;


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- la troisime tape comporte une perte gnrale daudition, atteignant 100 110 dB. Il sagit

dune phase dinfirmit.

La surdit professionnelle est la seconde maladie professionnelle en nombre de cas reconnus (1

maladie professionnelle sur 4 en France) et en cot financier : les surdits professionnelles

reprsentent 50 % des indemnisations de maladies professionnelles.

(Ce cot est rpercut sur les cotisations de l'entreprise et reprsente en moyenne 100 000 euros

par surdit reconnue professionnelle. )

Les effets divers du bruit

Les bruits ont galement dautres effets. Ils aggravent les situations de stress : manifestations

cardio-vasculaires, digestives, glycmiques, sur le sommeil (augmentation de la fatigue

gnrale, fatigue nerveuse), sur les comportements (agressivit, anxit), sur le systme oculaire

(dilatation de la pupille, rtrcissement du champ de vision), sur le mtabolisme basal, etc .

Remarque

Quand on traite du bruit dans un souci scuritaire, on ne doit pas ignorer les effets des infrasons et

notamment des ultrasons utiliss, par exemple, en soudage dans lindustrie du plastique. Des

tudes en cours montrent que des expositions prolonges dans un champ intensif dultrasons

peuvent altrer gravement les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle pinire . La

protection auditive est souvent inutile car ces vibrations sont transmises par conductibilit

osseuse.

Dans le domaine des infrasons, les risques sont aussi trs grands . En effet, cette gamme

englobe des frquences mises par de nombreuses partie du corps (par exemple, le cerveau a une

sensibilit particulire autour de 7 Hz). Si une source extrieure les fait vibrer leur propre

frquence de rsonance, leur mouvement risque dtre dangereusement amplifi, et l encore des


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expositions rptes et prolonges dans un champ intensif peuvent tre lorigine dhmorragies

internes.

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