L’acoustique expliquée

A la découverte du son, du bruit et de l’acoustique

Qu’est-ce que l’acoustique ?

L’acoustique s’intéresse à la propagation, l’absorption et la transmission des ondes sonores mais se penche également sur la physiologie de l’oreille et la sensibilité auditive.

Qu’est-ce qu’un bruit ?

Le bruit désigne un son qui dérange, déplaît ou agresse. Il s’agit d’une sensation auditive produite par une vibration rapide de la pression de l’air. Dans le contexte de l’étude acoustique, trois types de bruit sont distingués :

  • bruit particulier : bruit dû à une activité particulière (équipement technique, infrastructure, industrie) ;
  • bruit résiduel : ensemble des bruits habituels en l’absence de bruit particulier, c’est-à-dire toutes les sources de bruit sauf celle(s) que l’on cherche à caractériser ;
  • bruit ambiant : englobe les contributions de toutes les sources de bruit entendues ou mesurées. Il comporte le bruit particulier et le bruit résiduel.

Comment définit-on un son ?

Le son se définit par trois critères : son niveau, sa fréquence et sa durée.

  • niveau : caractérise l’amplitude sonore de la source de bruit ;
  • fréquence : correspond au nombre de variations d’oscillations identiques que réalise chaque molécule par seconde et s’exprime en Hertz (Hz) ;
  • durée : sur une échelle courte, de l’ordre de la seconde qui permet l’étude des sons brefs (bruit d’impact) ou variant rapidement (la parole). L’indicateur acoustique fréquemment employé est le niveau sonore équivalent (Leq). Il permet d’évaluer la dose de bruit reçue pendant un temps déterminé.

Les niveaux de bruit

niveaux de bruit

Le niveau sonore indique l’intensité d’un bruit ou d’un son par rapport à une échelle de référence.

Qu’est-ce que le décibel ?

L'origine de cette variation est engendrée par la vibration d'un corps qui met en vibration l'air environnant. Ainsi est créée une succession de zone de pression et de dépression qui constitue l'onde acoustique. Quand cette onde arrive à l'oreille, elle fait vibrer le tympan : le son est alors perçu.
La pression acoustique d'un bruit est mesurée en PASCAL (Pa). L'oreille est sensible à des pressions allant de 0.00002 Pa à 20 Pa, soit un rapport de 1 à 1 000 000.

Pour ramener cette large échelle de pression, exprimée en Pascal, à une échelle plus réduite et donc plus pratique d'utilisation, on a adopté la notation logarithmique et créé le décibel (dB).

Comment additionner les décibels ?

L’échelle des décibels est « logarithmique ». Ainsi les décibels ne s’additionnent pas de manière arithmétique :

  • Addition de deux bruits dont la différence est supérieure ou égale à 10 dB. Le bruit le plus fort masque le bruit le plus faible. Exemple : 100 dB + 70 dB=100dB ;
  • Addition de deux bruits dont la différence est inférieure à 10 dB. L’énergie du son le plus faible participe à l’élévation globale du niveau sonore. Il est nécessaire d’utiliser une table logarithmique ou un tableau d’équivalence.

Exemple : 94 dB + 100 dB = 101 dB

Addition des décibels
     Ainsi, par exemple :
90dB + 90dB = 93dB80dB + 90 dB = 90 dB

Le décibel pondéré (dBA)

Le décibel pondéré A traduit les unités physiques dB en unités physiologiques dBA représentant la courbe de réponse de l’oreille humaine. En effet, notre système auditif ne perçoit pas de la même manière les sons en basse fréquences des sons aigus. Afin de prendre en compte cette donnée la pondération A a été établie. Cette table de pondération permet d’exprimer facilement les dB physiques en décibels A : (dBA).

 

L’isolation acoustique

Acoustique architecturale

Types de bruits dans le batiment

Bruits aériens extérieurs : trafic routier, ferroviaire ou aérien. Ils sont émis à l’extérieur du bâtiment, se propagent dans l’air extérieur et mettent en vibration les parois et sont donc perçus à l’intérieur ;

Bruits aériens intérieurs : discussions, musique, télévision… ils sont émis dans un local, se propagent dans l’air et mettent en vibration les parois intérieures ;

Bruits d’impacts : déplacement de personnes, chutes d’objets… Ils sont générés par une paroi mise en vibration, souvent le sol ;

Bruits d’équipements : ascenseur, ventilation, chaufferie… Ils sont émis par les appareils et installations situés dans un bâtiment ;

Temps de réverbération : temps au bout duquel le niveau sonore a décru de 60dB après l’arrêt de la source sonore. Il est fonction du volume du local et des matériaux mis en œuvre ayant des caractéristiques d’absorption acoustique plus ou moins performantes. Le critère permet de qualifier et de quantifier la capacité d’une pièce à absorber les sons intérieurs ;

 

La transmission des bruits

A. Propagation aérienne en champ libreB. Propagation aérienne à l'intérieur d'un localC. Propagation des bruits d'impact au travers d'une paroi

 

La performance acoustique

Bruits aériens

Indice d'affaiblissement acoustique d'une paroi R

L’indice Rw quantifie l’atténuation acoustique d’un élément de construction. Les indices d’affaiblissement acoustiques sont donnés dans les rapports d’essais vis-à-vis d’un bruit rose (spectre de bruit dont la répartition sur toutes les bandes d’octave est identique en dB) ou vis-à-vis d’un bruit route (bruit émis par le trafic routier). Ce sont respectivement les indices Ra et RA,tr.

Disposer de deux bruits de référence permet de déterminer l’affaiblissement acoustique d’un élément par rapport à des situations type, par exemple entre deux logements, ou entre un logement et l’extérieur.

Le concept d’indicateur à valeur unique tel que défini dans la nouvelle norme EN ISO 717-1 doit être considéré avec prudence, car toirs valeurs y sont présentées, par exemple :

Rw(C ; Ctr) = 41 (0 ; -5) dB.

Rw est le niveau global mesuré en dB et recalé par rapport au spectre w de référence, complété par deux termes d’adaptation. Ainsi :

Ra = Rw + C caractérise l’indice d’affaiblissement de la paroi par rapport à un bruit rose ; cet indice est utilisé en ce qui concerne l’isolation acoustique intérieure entre deux locaux ;

RA,tr = Rw +Ctr caractérise l’indice d’affaiblissement de la paroi par rapport à un bruit route. Cet indice est utilisé en ce qui concerne l’isolation acoustique d’une paroi par rapport à l’externe.

Isolement acoustique D

Mesuré in situ, l’isolement acoustique D quantifie l’atténuation acoustique entre deux locaux (ou entre l’extérieur et l’intérieur d’un local). Il dépend des diverses transmissions acoustiques (transmission directe à travers le séparatif, mais aussi transmissions latérales et transmissions parasites). L’isolement brut est défini par la définition suivante :

D = L1-L2

Avec L1 : niveau sonore à l’émission et L2 : niveau sonore à la réception

Isolement acoustique normalisé DnT,A

Permet de caractériser l'isolement acoustique entre deux locaux par rapport à un bruit rose émis. Il dépend de plusieurs paramètres :

  • l'indice d'affaiblissement acoustique R de la paroi séparative ;
  • les transmissions latérales ;
  • le volume du local de réception ;
  • le temps de réverbération du local de réception.

Isolement acoustique DnTA,Tr :

Permet de caractériser l'isolement acoustique entre un local et l'extérieur par rapport à un bruit provenant de l'extérieur (infrastructure de transport notamment).

Les isolements acoustiques sont donnés dans les rapports de mesures vis-à-vis d’un bruit rose pour les isolements intérieurs DnT,A, et vis-à-vis d’un bruit route pour les isolements extérieurs, DnT,A,tr

Bruits d'impact

Niveau de bruit de choc L'nt,w

Le niveau sonore L'nT,w, exprimé en dB, permet de quantifier le niveau de bruit reçu à l'intérieur d'un local. Pour comparer les valeurs issues de la mesure, le résultat est corrigé en fonction de l’acoustique interne du local de réception. Plus la valeur L'nT,w, est petite, plus l’isolement aux bruits d’impacts est grand.

Indice de réduction au bruit de chocs ∆Lw

La réduction du niveau de bruit de choc ∆Lw caractérise l’amélioration acoustique entre une dalle nue et une dalle isolée. Plus la valeur ∆Lw est grande, plus l’isolation du plancher en question est performante.

Niveau de bruit d’équipement LnAT

Niveau de pression acoustique perçu dans un local de réception lorsqu’un équipement est en fonctionnement. Il est standardisé sous l’indice LnAT. Plus LnAT est faible entre l’équipement et le local étudié, plus l’isolation acoustique est perforamnte.

Correction acoustique

Coefficient d'absorption acoustique

Rapport entre la quantité d’énergie acoustique absorbée et la quantité d’énergie acoustique incidente. Ce coefficient permet de quantifier par bande d’octave (ou tiers d’octave) la capacité d’un matériau à absorber l’énergie acoustique incidente. Cet indice est utilisé en acoustique interne pour trouver un local afin d’optimiser la réverbération de ce dernier.

Décroissance spatiale sonore :

Représente la diminution du niveau de pression acoustique dans un local en fonction de la distance.

Indice de transmission de la parole (STI)

Permet d'évaluer la qualité de la transmission de la parole dans un local.

Il est évalué en analysant le rapport entre l'émergence de phrases/mots correctement identifiables et le bruit de fond du local.

Le temps d'analyse du STI étant relativement long, on utilise plus fréquemment le RASTI (indice de transmission vocale rapide). Il fonctionne sur le même principe que le STI mais avec moins de points de mesures.

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