Génie Acoustique^© - Bureau d'études acoustique et vibrations

Notions élémentaires d'acoustique

AdminC — 2008-02-10T10:33:13Z

Echelle des niveaux sonores
Echelle des fréquences
Addition des niveaux sonores
Soustraction des niveaux sonores
Pondération physiologique du niveau sonore - dB(A)
Tableau des pondérations physiologiques - dB(A)

Tableau des pondérations physiologiques

AdminC — 2008-01-19T17:37:34Z

La pondération physiologique "A" est normalisée au plan international et prend les valeurs suivantes :

Fréquences centrales des octaves (en Hz)	Pondération physiologique "A" (en dB)
31,5	-39,4
63	-26,2
125	-16,1
250	-8,6
500	-3,2
1 000	0
2 000	+1,2
4 000	+1,0
8 000	-1,1

Exemple : Calcul d'un niveau sonore en dB(A) à partir d'une analyse par tranche de fréquences.

L'analyse en dB/octave donne les valeurs suivantes :

Fréquences centrales des octaves (en Hz)	Niveau dB/octave	Pondération physiologique "A" (en dB)	Niveau pondéré
63	97	-26,2	70,8
125	90	-16,1	73,9
250	82,5	-8,6	73,9
500	88,7	-3,2	85,5
1 000	73	0	73
2 000	69	+1,2	70,2
4 000	65	+1,0	66
8 000	75	-1,1	73,9

Une fois obtenus les niveaux sonores pondérés par tranche de fréquences, il reste à les classer par ordre croissant avant de procéder à leur addition par couple, compte tenu de la méthode exposée au chapitre procédure d'addition des niveaux sonores.

Exemple de pondération physiologique

Dans l'exemple choisi, il apparaît que le niveau sonore de l'atelier en dB(A) s'établit à 86,6 :

Un calcul de ce type est indispensable pour juger, notamment, l'efficacité réelle d'un silencieux dans une gaine de ventilation, d'un écran acoustique, d'un protecteur d'oreille.... Tout système retenu devra en conséquence être choisi en fonction du bruit de la source, de la machine ou de l'atelier concerné dont les caractéristiques varient selon les fréquences.

En pratique, pour réaliser l'analyse de niveau sonore telle qu'elle vient d'être décrite, il faut disposer d'un sonomètre muni d'un filtre d'octave. Lorsqu'on dispose d'un sonomètre simple, les résultats obtenus permettent seulement une classification des bruits en 3 catégories.

En effet, les sonomètres fournissent généralement des niveaux sonores linéaires (abréviation Lin), c'est-à-dire sans aucune pondération, et des niveaux physiologiques "A" utilisés pour quantifier la situation avec cet indicateur réglementaire.

La détermination de la solution adaptée à un problème acoustique donné suppose généralement la connaissance de la répartition des fréquences. Pour ce faire, il est souhaitable d'employer un filtre d'analyse par octave. A défaut, la différence entre le niveau en dBLin et le niveau en dB(A) permet de classer un bruit en grave, médium ou aigu (utilisation du tableau des pondérations physiologiques "A").

Exemple : Dans une situation donnée, on mesure le niveau sonore suivant : 76 dBL et 50 dB(A). La différence entre 76 et 50 (soit 26) révèle une fréquence centrale de 63 Hz (voir le tableau des pondérations physiologiques). On peut qualifier le bruit de grave.

Pondération physiologique du niveau sonore - dB(A)

AdminC — 2008-01-19T17:36:42Z

D'un point de vue physiologique, l'oreille n'éprouve pas, à niveau sonore physique identique, la même sensation auditive.

Des courbes appelées courbes d'égale sensation ou égale gêne ont été normalisées au plan international ISO (R 1996 et norme AFNOR NF S 30-010). Selon ces courbes, un bruit de 98 dB dans l'octave de 31,5 Hz produit la même sensation sonore qu'un bruit de 65 dB dans l'octave de 1 000 Hz. A mesure que le niveau augmente, les courbes tendent à s'aplatir, ce qui donne une "moins grande" sensibilité à niveau très élevé.

C'est en raison de cette différence de sensibilité que l'on introduit une courbe de pondération physiologique "A". Les décibels physiques (dB) deviennent alors des décibels physiologiques (dB(A)). Ce sont ceux que l'on utilise pour apprécier la gêne ressentie par les personnes, l'exposition d'un salarié au bruit ou l'isolement d'une cloison, d'une fenêtre. Dans ces deux derniers cas, les performances sont mesurées sur la base d'un bruit rose à l'émission ou d'un bruit route - (voir aussi Lexi-sons). En l'absence de bruit normalisé à l'émission, la prévision des résultats qui seront obtenus s'effectuera à partir de la connaissance du spectre de la source à réduire et de l'atténuation du système proposé.

Echelle des fréquences

AdminC — 2008-01-19T17:35:39Z

La plage des sons audibles pour l'oreille humaine s'étend de 20 hertz à 20 000 hertz. Le hertz (Hz) est la fréquence d'un phénomène périodique dont la période est la seconde.

Ainsi, une vibration de 20 hertz représente 20 oscillations périodiques en une seconde et 20 000 Hz représentent 20 000 oscillations par seconde. En deçà de 20 Hz, on parle d'infrasons. Ceux-ci ne sont pas audibles ; ils sont cependant perçus par l'organisme (viscères, cœur, abdomen). Au-delà de 20 000 Hz, les ultrasons sont également inaudibles. Domaine de perception des animaux (chauve-souris, dauphin...).

La plage de fréquences perçues par l'homme étant très étendue, on procède à un "découpage-filtrage" du bruit par bandes de fréquences normalisées. On utilise fréquemment des appareils munis de filtres d'octave.

En pratique, les analyses de niveaux sonores s'effectuent par tranches de fréquences, aussi appelées analyses en décibels par octaves (dB/oct).

Les sons compris entre 20 et 400 Hz sont dits graves.

Les sons compris entre 400 et 2 000 Hz sont dits médiums.

Les sons compris entre 2 000 et 20 000 Hz sont dits aigus.

Soustraction des niveaux sonores

AdminC — 2008-01-19T17:34:34Z

Cette opération est nécessaire pour mesurer l'influence réelle de l'environnement sonore sur un poste de travail, ou d'un bruit particulier pouvant gêner les riverains.

Par exemple, des relevés sont effectués dans l'environnement d'une ligne de fabrication implantée au centre d'un atelier. Sur un poste de travail indépendant de la ligne, on observe par exemple 91 dB(A) en service normal. Le bruit provient-il de la machine ou du reste de l'atelier ?

1er cas : A l'arrêt de la machine, le niveau sonore ne change pas. Le bruit perçu provient de l'atelier.

2ème cas : A l'arrêt de la machine, le niveau sonore chute de 8 dB pour s'établir à environ 83 dB(A). Le tableau ci-dessous permet de calculer le bruit de la machine seule indépendamment du bruit ambiant.

Le bruit total est de 91 dB(A). L'arrêt de la machine ramène le niveau à 83 dB(A). La différence est de 8 dB ; le terme correctif, issu du tableau ci-après, à déduire du niveau global est 0,7 dB.

Le bruit que produirait cette machine si elle avait pu fonctionner seule aurait été de 91 - 0,7 = 90,3 dB(A). Le bruit observé au poste de l'opérateur provient donc directement de sa machine.

Niveau sonore total moins niveau sonore après arrêt de la machine (en dB)	Terme correctif (en dB)	Niveau sonore total moins niveau sonore après arrêt de la machine (en dB)	Terme correctif (en dB)
0,5	9,6	4,5	1,9
1	6,9	5	1,7
1,5	5,4	5,5	1,4
2	4,3	6	1,3
2,5	3,6	7	1
3	3	8	0,7
3,5	2,6	9	0,5
4	2,2	10	0,14

Ces données sont utiles à connaître pour aborder la réduction du bruit car dans le cas ci-dessus, la réduction du niveau sonore ne s'obtiendra que par la réduction du bruit à la source. Quasiment, aucun gain ne sera obtenu par traitement acoustique du bâtiment.

La différence entre le bruit total d'un atelier et le terme correctif visé dans le tableau ci-dessus indique le bruit propre de la machine. De même, il est possible d'établir, par une approche identique, l'incidence d'un équipement particulier sur le bruit total reçu dans une salle de conférences, en façade d'habitations...., ou de corriger les valeurs mesurées du bruit de fond.

Addition des niveaux sonores

AdminC — 2008-01-19T17:33:07Z

Il est courant de composer entre eux plusieurs niveaux sonores. Ceux-ci ne s'additionnent pas de façon linéaire.

(75 dB)+(75 dB) ne donneront pas 150 mais 78 décibels. Le tableau ci-dessous permet de cumuler des sources sonores par couple si l'on ne veut pas faire une sommation logarithmique :
10*log (10 N1/10 + 10 N2/10 + ...+10 Nn/10).

Différence entre 2 niveaux sonores	Correction à ajouter au niveau le plus élevé	Différence entre 2 niveaux sonores	Correction à ajouter au niveau le plus élevé
0	+ 3	7	+ 0,78
1	+2,54	8	+0,63
1,5	+ 2,32	9	+ 0,51
2	+ 2,12	10	+ 0,41
2,5	+ 1,94	12	+ 0,27
3	+ 1,75	14	+ 0,17
4	+ 1,45	16	+ 0,11
5	+ 1,2	18	+ 0,07
6	+ 0,97	20	+ 0,05

Exemple :

On mesure en un point de référence les contributions de 4 sources sonores produisant individuellement pour :
S1 : 87 dB
S2 : 87 dB
S3 : 91 dB
S4 : 67 dB

Le niveau global au même point, lorsque les 4 sources sonores fonctionneront ensemble sera, après additions successives des 4 niveaux sonores classés en ordre croissant :
1. (67) + (87) = la différence est 20 dB, correction de 0 dB.
2. (87) + (87) = la différence est 0 dB, correction +3 dB.
3. (90) + (91) = la différence est 1 dB, correction +2,54 dB à ajouter au niveau le plus élevé de 91.

Le niveau sonore global sera d'environ 93,5 dB.

Echelle des niveaux sonores

AdminC — 2008-01-19T17:30:29Z

D'une façon courante, on évalue les niveaux de bruit en fonction des variations de pressions acoustiques exprimées en Pascal (Newton/m2) autour de la pression ambiante (c'est-à-dire de la pression atmosphérique).

L'oreille est sensible à des pressions variant de 2 x 10-5 Pascals c'est-à-dire 0,00002 Pa, minimum perceptible, à 20 Pa, maximum supportable ; le rapport entre ces valeurs extrêmes est très grand (1 à 1 million). Pour faciliter l'utilisation d'une échelle aussi large, on peut emprunter une transformation mathématique (logarithmique) qui contracte cette échelle. Cette opération donne naissance au Bel (nom du physicien Graham BELL). Divisé par 10, le Bel devient décibel (dB). La nouvelle échelle est graduée de 0 à 120 dB(voir la formule ci-dessous).

L'utilisation d'une échelle graduée en décibels (traduisant bien les variations de perception) a trouvé une justification physiologique dans des travaux menés par un physicien et un psycho-physicien allemands, WEBER et FECHNER. Ils établirent à la fin du siècle dernier que la sensation (auditive) varie comme le logarithme de l'excitation (sonore) ; cette loi est dite loi de WEBER-FECHNER.

C'est précisément en décibels que l'on évalue les niveaux sonores en un point, les grandeurs utiles pour caractériser les qualités acoustiques d'une salle de spectacles ainsi que la perte auditive.

En pratique, la mesure des niveaux de bruit s'effectue par l'intermédiaire d'un microphone relié à un sonomètre. On lit directement sur l'appareil les variations des niveaux de pressions sonores exprimés en dB.

Le niveau de pression acoustique est défini comme 10 fois le logarithme décimal du rapport de la pression acoustique instantanée, élevée au carré, sur la pression acoustique de référence au carré (0,00002 Pa) :

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