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1Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Acoustique environnementale
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Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Acoustique environnementale Chapitre 01 : définitions et évaluation des bruits
Ing. M. Van Damme
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3Acoustique Environnementale / Chapitre 01
= onde acoustique résultant de la vibration de l’air due à une suite de pressions et de dépressions
Dans l’air à 20°C : 340 m/sec Milieu nécessaire au transport
En un point de l’onde, la pression fluctue un certain nombre de fois par seconde (fréquence) autour de la Patm.
Deux aspects : l’intensité et la hauteur.
Définitions
Bruit
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4Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Référence : 340 m/s dans l’air
Variation avec la température (en kelvin) selon :
Définitions
Célérité d’une onde acoustique
Tc 20 Exemple : T = 0°C c = 330 m/s
Dans les autres milieux :
Caoutchouc souple 70 m/s
Vapeur d’eau 402 m/s
Hélium 970 m/s
Hydrogène à 0°C 1270 m/s
Eau 1400 m/s
Béton 3000 m/s
Acier, verre 5000 m/s
NB : l’air = milieu non dispersif
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5Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Intensité d’un bruit
= impression de force sonore sur l’oreille
Ambiguïté due à deux aspects
1.Physique
= flux d’énergie par unité de temps et à travers l’unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation de la vibration sonore.
I en W/m²
2. Physiologique (sonie)
Weber-Fechner : « la sensation varie comme le logarithme de l’excitation ».
Mais simpliste : sensation sonore (impression) plus difficile à cerner
Lp = niveau d’intensité acoustique.
0
lg10IILp
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6Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Niveau d’intensité d’un bruit
Intensité :
- difficilement accessible
- varie avec le carré de la pression
Rapport p²/p0² remplace I/I0
²²lg10lg20
00 pp
ppLp
L’unité utilisée est le dB.
p = pression acoustique en Pa,
p0 = pression acoustique de référence égale à 20
Pa (2 x 10-5Pa)
Exemple:
Un klaxon émet un bruit de 100 dB, ceci correspond à une variation de pression de 2 Pa par rapport à la pression de référence.
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7Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Echelle des niveaux de pression acoustique
L’échelle des niveaux de pression est logarithmique car :
- “Loi” de Weber-Fechner,
- Echelle linéaire trop étendue :
Variation de pression minimale audible : 0,00002 Pa
Variation de pression correspondant au seuil de la douleur : 20 Pa.
Soit une échelle des pressions de 1 à 1000000 Difficile à manipuler.
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8Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Niveau d’intensité d’un bruit et sonie
Attention !
Niveau de pression ou d’intensité en dB : ne représente pas parfaitement la sensation de gêne (= la sonie d’un bruit).
De nombreuses méthodes complexes pour évaluer plus fidèlement la sonie existent.
Des méthodes plus simples également : voir pondération fréquentielle.
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9Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Hauteur
Défini par la fréquence (nombre de fluctuations de la pression autour de la pression atmosphérique ou de périodes par seconde en Hertz) : sons graves (BF) sons aigus (HF).
20 Hz 15.000 Hz
Ultr
a-so
ns
Infr
a-so
ns
Spectre audible
Niveau Sonore (dB)
Fréquence (Hz)
Grave Aigu
Tf 1
fccT
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10Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Intervalle de fréquence
89 Hz 100 Hz 112 Hz
Bande de tiers d’octave à 100 Hz
Niveau Sonore (dB)
Fréquence (Hz)
Grave Aigu
Défini par la fréquence médiane fm + la largeur de la bande et non par les fréquences f1 et f2 adjacentes
26.1289
112 31
1
2
ffCondition bande de tiers d’octave remplie :
Exemple bande de tiers d’octave à 100 Hz
10089*11221 fffmFréquence médiane :
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11Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Fréquences médianes
Ou Fréquences centrales
Bandes de fréquences d’un tiers d’octave
& Bandes de fréquences d’octave
Graves : 125 Hz et 250 Hz
Mediums : 500 Hz et 1000 Hz
Aiguës : 2000 Hz et 4000 Hz
Problèmes d’isolation acoustique :
(50 Hz) 100 Hz à 5000 Hz
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12Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Fréquences médianes
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13Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
Spectre d’un bruit
Niveau en fonction de la fréquence.
Représentation stricte : histogramme
Représentation courante
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14Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Les spectres acoustiques
0
10
20
30
40
50
60
70
80
50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000
Fréquence ( Hz)
niveau en dB(L) à la réception avec basses accentuées - 41.1 dB(A)
niveau en dB(L) à la réception niveau normal - 28.4 dB(A)
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15Acoustique Environnementale / Chapitre 01
0
20
40
60
80
100
120
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Global
Fréquence (Hz)
Nive
au (d
B)Spectre d’analyse en tiers d’octave et niveau global
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16Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Définitions
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17Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Pondération des intensités des bruits
Pondérations A, B, C : issues des courbes de Fletcher, en fonction du niveau (40 dB, 70 dB, 100 dB)
Pondération D : surtout pour les bruits d’avions
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18Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Calcul du niveau d’intensité A des bruits (LA)
Mesure en dB, pondération par bandes de fréquences
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19Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Calcul du niveau d’intensité A des bruits (LA)
Somme des intensités pondérées. Pour rappel :
0
lg10IILp
Pondération A :
Par bandes de tiers d’octave Par bandes d’octave
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20Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Calcul du niveau d’intensité A des bruits (LA)
A 100 Hz : d’où :
Somme des intensités relatives par bandes de tiers d’octave
64.936973410...1010 05.599.469.4
0
I
Ii
9.46lg100
IILp
109.46
100
II
Somme des intensités relatives par bandes d’octave
51.10018377101010101010 80.542.650.628.614.649.5
0
I
Ii
Dans le premier cas, le niveau d’intensité pondéré A est de 69.72 dB(A). Dans le second cas 70.01 dB(A)
Justification de la différence ? )10...1010log(10 10101021 pnpp LLL
pL
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21Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Règles de sommation de niveaux
Méthode graphique approchée
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22Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Règles de sommation de niveaux
Méthode graphique approchée appliquée à l’exemple précédent
54.9 61.4 62.8 65 64.2 58
62.3 67 65.1
68.3
70
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23Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Transformation d’un spectre (octave vers tiers d’octave)
Attention ! Tiers d’octave Octave (3x plus d’énergie)
Règle arrondie : + 10 log 3 = 4.77 dB
Fréquences en Hz dB(L) en 1/3 d'octave dB(L) en bande d'octave dB(A)
12 63.416 65.1 75.420 74.725 65.932 65.5 72.740 70.550 68.663 69.1 74.4 48.480 70.8
100 71125 69.3 74.4 58.4160 68.2200 67.6250 67.9 71.8 63.3315 65400 73.2500 81.2 82.6 79.6630 74.8800 75.61000 78.1 85.1 85.11250 83.51600 80.52000 80.4 84.8 85.82500 79.23150 76.54000 78.6 83.1 84.15000 79.56300 76.28000 73.3 79.0 78.010000 72.112500 70.816000 66.9 72.720000 62.8
Valeur Totale en dB 90.9 90.5dB(L) dB(A)
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24Acoustique Environnementale / Chapitre 01
0
20
40
60
80
100
120
100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Global
Fréquence (Hz)
Nive
au (d
B)Spectre d’analyse en tiers d’octave et niveau global
p
LLL
Lpnpp
)10...1010log(10 10101021
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25Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Niveau Lp résultant de plusieurs sources de même niveau
Règles de sommation de niveaux
Nombre de sources de niveau Lp égal Niveau résultant dB
2 Lp + 3
3 Lp + 5
4 Lp + 6
5 Lp + 7
6 Lp + 8
7 Lp + 8.5
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26Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
2 sources Lp1 et Lp2 donnent ensemble un niveau Lp. Connaissant Lp2 et Lp, que vaut Lp1 ?
1. Résoudre l’équation
Règles de soustraction de niveaux
2. Règle simplifiée 3. Méthode graphique? (dB) ‘+’ Lp2 (dB) = Lp
D’ (dB) = Lp – Lp2 (dB)
Lp1 (dB) =
Supérieure à 9 Lp
De 6 à 9 Lp - 1
4 ou 5 Lp – 2
3 Lp – 3
2 Lp – (4.5) (imprécis)
Valable si : Lp1 > Lp2
)1010log(10 101021 pp LL
pL )10log(10 10i
L
p
pi
L
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27Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Courbes NR d’évaluation du bruit
NBN 576-11:1970 - Acoustique - Courbes d’évaluation du bruit
Noise Rating
Valables pour des sons de bandes = gêne
Numéro = ordonnée à 1000 Hz
Attention ! Tiers d’octave Octave
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28Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Courbes NR d’évaluation du bruit
05
101520253035404550556065707580859095
100105110115120125130
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000Fréquences en Hz
dB(L
)
NR 100
NR 80
NR 60
NR 40
NR 20
f (Hz)
31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
Lp (dB)
39 40 43 42 41 35 26 20 18
Position du point le plus haut :
Inférieur à la courbe NR40
Exemple :
mesure au sonomètre en bandes d’octaves :
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29Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Relation entre dB(A) et NR
En pratique : 5 NRLA
Exemple :
On spécifiera qu’un bruit de ventilation ne doit pas dépasser :
le niveau de 35 dB(A)
ou
les valeurs de niveau par bande d’octave indiquées par la courbe NR 30
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30Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Niveau de pression acoustique pondéré A recommandé
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31Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Niveau de pression acoustique pondéré A recommandé
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32Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Niveau sonore recommandé d’après les courbes ISO (ou NR)
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33Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Comparaison des recommandations ISO et dB(A)
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34Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Niveau équivalent LAeq = Energie totale produite par un bruit pendant une période T.Niveau de bruit qui développerait la même énergie s’il était constant = niveau équivalent.
Halle 5-bij huizen Leq 125ms A dB dB17/06/97 00h26m32s625 54.7 17/06/97 00h28m20s250 54.3
verkeer verkeer2 verkeer3 verkeer4 verkeer5referentiestuk Résiduel
10
20
30
40
50
60
70
80
90
00h25 00h26 00h27 00h28 00h29 00h30 00h31 00h32
referentieperiode
V erkeerslaw aai(passage auto)
Période T
Evolution signal
Niveau équivalent sur la période T pondéré A : LAeq,T
Evaluation de l’intensité des bruits
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35Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A, en dB : valeur du niveau de pression acoustique pondéré A d’un son continu stable qui, au cours d’une période spécifiée T, a la même pression acoustique quadratique moyenne qu’un son considéré dont le niveau varie en fonction du temps.
avec T, période qui commence à t1 et se termine à t2.
Notation courante : Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A
= Niveau de pression acoustique moyenné en temps
ISO 1996
Définitions
TAeqL ,
TATAeq LL ,,
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36Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Evaluation de l’intensité des bruits
Niveau équivalent
Energie totale produite par un bruit pendant une période T :
Niveau d’intensité qui développerait la même énergie s’il était constant = niveau équivalent :
dtp
tpT
0
20
2 )(
dtp
tpT
LT
Téq 0
20
2
,)(1lg10
Ou encore : i
N
iTéq T
TL iL
1
,10101lg10
Mesure directe avec un sonomètre (dosimètre)
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37Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Trois normes reconnues dans tous les pays :
CEI 60651, CEI 60804 et CEI 61672
Classes de précision : 0, 1, 2 et 3
Pondérations fréquentielles A, B, C
Pondérations temporelles I(35ms), F(125ms), S(1000ms),
Niveau LAeq,T
Niveau maximal LAFMax, LASMax, LAIMax
Niveaux acoustiques fractiles LAFN,T
Indicateurs de bruit pour les transports aériens
Les appareils de mesure du bruit
Les sonomètres
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38Acoustique Environnementale / Chapitre 01
Bibliographie du paragraphe – compléments d’informations
ACOUSTIQUE – R. Josse – Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, Grenoble.
ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts – Université de Liège,Faculté des Sciences Appliquées – 2001.
ACOUSTIQUE & VIBRATIONS – Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques, Saint-Rémy-lès-Chevreuse – 2003.
ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE – C. Mertens – Institut des Arts de Diffusion, Louvain-la-Neuve – 2002.
ACOUSTIQUE PRATIQUE – J. Desmons – EDIPA, Paris – 2004.
BOUWAKOESTIEK – B. Ingelaere – Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf,Limelette – 2002.
BRUIT DE L’ENVIRONNEMENT – Brüel & Kjaer – Danemark – 2001.
EXIGENCES REGLEMENTAIRES ET CONFORT ACOUSTIQUE – P. Poubeau – Guide CATED desTechniques du Bâtiment, Saint-Rémy-lès-Chevreuse – 2000.
INITIATION A L’ACOUSTIQUE – A. Fischetti – BELIN, Paris – 2003.
LA PRATIQUE DE L’ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS – J. Pujolle – Editions du Moniteur, Paris– 1978.
Définitions et évaluation des bruits