Acoustique des salles et de l'environnement r3114

27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour

Mesures acoustiques in situ

Btiment et environnementpar Gilles REIGNER

Matre de confrences associ au CNAM (Conservatoire National des Arts et Mtiers)Docteur en acoustique physique de lUniversit Pierre-et-Marie-CurieResponsable du dveloppement et de la recherche au CEBTP (Centre exprimental de recherches et dtudes du Btiment et des Travaux Publics)

1. Mesures btiment .................................................................................... R 3 114 - 21.1 Diffrents types de transmission................................................................ 21.2 Mesure de lisolement acoustique normalis et du niveau

de bruit de choc ........................................................................................... 21.2.1 Application de la norme franaise .................................................... 21.2.2 Application des normes europennes .............................................. 31.2.3 Limites de mesures ............................................................................ 4

1.3 Mesure des transmissions latrales........................................................... 41.3.1 Approche normative........................................................................... 41.3.2 Principe de mesurage......................................................................... 4

1.4 Mesures acoustiques intensimtriques ..................................................... 51.4.1 Expression de lintensit partir de mesures de pression ............. 51.4.2 Conditions de mesurages .................................................................. 51.4.3 Limites de mesure .............................................................................. 51.4.4 Applications ........................................................................................ 6

1.5 Mesures vibratoires..................................................................................... 61.5.1 Appareillage ........................................................................................ 61.5.2 Expression dun champ acoustique

partir de mesures vibratoires ......................................................... 61.5.3 Application .......................................................................................... 7

2. Mesures environnementales ................................................................. 72.1 Conditions atmosphriques ncessaires................................................... 72.2 Mesures acoustiques sur ouvrages routiers ............................................. 8

2.2.1 Mthode impulsionnelle .................................................................... 82.2.2 Mthode de perte par insertion......................................................... 9

2.3 Mesures de niveaux sonores et dmergence .......................................... 102.3.1 Valeurs mesures et calcules........................................................... 102.3.2 Caractristiques particulires dun bruit........................................... 102.3.3 Exemple............................................................................................... 10

Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 3 115Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 3 114 1

prs avoir rappel les bases de la thorie de la production et de la propa-gation des sons dans un premier article [R 3 112], nous avons appliqu ces

bases lenvironnement et au btiment avec ltude des mesures en laboratoiredans larticle prcdent [R 3 113]. Dans cet article [R 3 114], nous nous intres-sons aux mesures in situ.

Pour la dfinition des symboles, le lecteur se reportera en [R 3 112] et [R 3 113].

A27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour



MESURES ACOUSTIQUES IN SITU _________________________________________________________________________________________________________

Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dR 3 114 2 Techniques de lIngnieur,

1. Mesures btiment

Alors que les mesures en laboratoire concernent essentiellementles produits ou systmes, les essais in situ qualifient unouvrage dans sa totalit. Pour comprendre les rsultats dunemesure, il est donc ncessaire dans un premier temps decomprendre les diffrents chemins de transmission existants.

1.1 Diffrents types de transmission

Ltude des transmissions latrales ncessite elle seule plu-sieurs thses et nous nallons pas beaucoup dvelopper ce vastesujet.

Dans la ralit, il existe deux types de transmissions acoustiques(figure 1) :

les transmissions par voie directe : il sagit du sparatif, quenous avons tudi dans [R 3 113] ;

les transmissions par voie indirecte.

Ces dernires sont divisibles en deux catgories :

les transmissions parasites ; il sagit des ponts phoniques parles faux-plafonds, les gaines techniques... ;

les transmissions latrales.

De nombreux ouvrages traitent des gnralits sur ce sujet,comme celui sur lamlioration acoustique des logements duCATED [20]. Concernant lanalyse des couplages dans les struc-tures, de nombreux travaux ont t effectus, qui utilisent lencore lanalyse modale ou la SEA (Statistical Energy Analysis ).On peut citer ceux de Guyader, Boisson et Lesueur [21] et surtoutles rcentes normes europennes fournissant des codes de calculpour la performance des btiments partir de la performance desproduits [22] [23].

Contrairement ces analyses trs gnrales, dautres publica-tions sont spcifiques. On trouve ainsi ltude commune ITBTP(Institut Technologique du Btiment et des Travaux Publics) UTC(Universit Technologique de Compigne) mene en 1985 sur lestransmissions acoustiques latrales dans les maisons ossaturebois [24].

1.2 Mesure de lisolement acoustique normalis et du niveau de bruit de choc

1.2.1 Application de la norme franaise

1.2.1.1 Expressions

Nous allons dans un premier temps nous rfrer la normefranaise NF S31.057 [25], encore largement employe. Noussommes en prsence dexpressions comparables celles obtenuesen laboratoire. Ainsi, lisolement acoustique normalis DnT ,exprim par bande de tiers ou doctave, caractrise la diffrencede pression acoustique mesure dans deux locaux, dont luncomprend une source de bruit :

(1)

avec lisolement brut D = L 1 L 2 et T 0 la dure de rverbration derfrence (0,5 s).

Le bruit lmission est gnralement un bruit, rose ou blanc. Ilfaut veiller ce que le niveau L 2 demeure 10 dB au-dessus du bruitde fond dans toutes les bandes de frquences.

Pour le bruit de chocs, il suffit de placer une machine chocsnormalise au sol et de mesurer dans la pice du dessous, d ctou autre. Lexpression du niveau de bruit de chocs normalis estalors :

(2)

DnT L 1 L 2 10 lg TT 0

---------+=

Figure 1 Diffrents types de transmission existantavec une jonction verticale

[19]

Rceptionmissionmissionmission

Transmission directe

Transmission latrale

Transmission parasite

LnT Li 10 lg TT 0 ---------- =exploitation du droit de copie est strictement interdite.trait Mesures et Contrle

Li est mesur suivant [R 3 112], quation (12).

1.2.1.2 Calculs globaux

Ils permettent par une grandeur unique de caractriser un iso-lement entre locaux, un niveau global.

Ainsi, lisolement acoustique normalis, exprim en dB(A) estcalcul comme suit :

DnAT = XE XR (3)

XE et XR reprsentent respectivement les niveaux sonoresdmission et de rception, calculs pour un bruit de rfrence :

(4)

(5)

XE 10 lg 10 S j C j + ( ) /10 j

=1

m

=

XR 10 lg 10 S j D nTj + C j ( ) /10 j

=1

m

=


________________________________________________________________________________________________________ MESURES ACOUSTIQUES IN SITU

Les valeurs de pondration A (correction Cj ) sont les suivantes :

Les valeurs du spectre de rfrence Sj sont les suivantes :

pour un bruit routier (bruit global de 70 dB(A)) :

pour un bruit rose : 80 dB pour toutes les bandes tiersdoctave.

Le niveau de bruit de chocs normalis sexprime quant lui dela manire suivante :

(6)

1.2.1.3 Position des appareils de mesure

Les positions de lunique microphone de mesure sont les

tuent une mthodologie dexpertise , et remplacent les normesfranaises NF S 31-054 et 31-056. Ces normes sont plus exigeantesen termes de mesurage.

Les formules prcites sont globalement les mmes, seulelexpression des indices globaux change.

Ainsi, les expressions (1) et (2) demeurent pour la mesure, tandisque leurs appellations deviennent :

au lieu de LnT pour le niveau de bruit de choc ;

Dn,T la place de DnT pour lisolement.

j 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frquence tiers doctave 100 125 160 200 250 315 400 500 630

Cj (dB) 19,1 16,1 13,4 10,9 8,6 6,6 4,8 3,2 1,9

j 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Frquence tiers doctave 800 1 000 1 250 1 600 2 000 2 500 3 150 4 000 5 000

Cj (dB) 0,8 0 0,6 + 1,0 + 1,2 + 1,3 + 1,2 + 1,0 + 0,5

j 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Frquence tiers doctave 100 125 160 200 250 315 400 500 630

S

j

(dB) 66 66 66 65 65 63 62 61 61

j

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Frquence tiers doctave 800 1 000 1 250 1 600 2 000 2 500 3 150 4 000 5 000

S

j

(dB) 61 60 59 59 58 56 54 52 50

LnAT 10 lg 10 L nTj + C j ( ) /10 j

=1

m

=

L nT

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3

suivantes : une hauteur de 1 m 50 pour une pice ; pour les isolements de faade, 2 m de celle-ci, au droit et au

centre de la portion de faade mesure ; au tiers de la diagonale dune pice, du ct oppos aux

fentres et oppos la source de bruit.

La

source de bruit

doit quant elle tre place de la maniresuivante :

face au coin dune pice ; pour les isolements de faade, 7 m minimum de celle-ci avec

un angle dazimut nul, incline vers llment mesur : positionne au sol pour simuler un trafic routier, positionne en lair (tenue par une grue...) pour simuler un tra-

fic arien ; pour une machine chocs, elle doit tre place dans la mesure

du possible en un seul point proche du centre des pices.

1.2.2 Application des normes europennes

1.2.2.1 Gnralits

Nous nous rfrons ici aux normes NF EN ISO 140 pour lesmesures et aux normes NF EN ISO 717 pour les calculs, qui consti-

Les calculs des indices globaux sont calqus sur ceux desmesures en laboratoire (cf. [R 3 113, 2.2]), prenant au passageune indexation

w

(

D

n,T,w

pour lisolement acoustique standar-dis et pour le niveau de bruit de choc standardis).

Pour ce qui est des correspondances entre indices europens etindices franais, distinguons les deux types de mesure :

bruits de chocs : il nexiste pas de correspondance entre et

L

nAT

;

bruits ariens : nous devons dfinir le nouvel indice diso-lement acoustique standardis pondr

D

nT,A

, correspondantpresque typologiquement celui de lquation (3) (mais au calcultrs diffrent). Celui-ci se calcule comme tel :

bruit rose :

D

nT,A

=

D

n,T,w

+

C

bruit route :

D

nT,A,tr

=

D

n,T,w

+

C

tr

On constate alors gnralement que :

D

nT,A

=

D

nAT

1

D

nT,A,tr

=

D

nAT

(route)

L nT,w

L nT,w27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour




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R 3 114

4

Techniques de lIngnieur,

1.2.2.2 Position des appareils de mesure

Les prescriptions relatives aux

microphones

de mesure sont lessuivantes :

cinq positions minimales rparties dans la pice, distantesentre elles de 0,7 m, distantes des murs de 50 cm et distantes dela source de 1 m minimum. La mesure doit alors durer au moins6 s ;

un microphone mobile avec un rayon de balayage de 0,7 mminimum. La mesure doit alors durer au moins 30 s.

Concernant l

mission du bruit

, il faut satisfaire aux exigencessuivantes :

pour une source sonore unique, il faut au minimum deuxpositions ;

une source dodcadrique avec ses haut-parleurs en phase estconseille (obtention dun rayonnement omnidirectionneluniforme) ;

prendre le local de plus grand volume comme mission ; la slection des positions de source sonore doit respecter les

directives suivantes : distance entre les positions de 0,7 m minimum, dans le cas o seulement deux positions de source sont

adoptes, on double cette valeur, leur loignement des murs doit tre de 0,5 m minimum, les diffrentes positions ne doivent pas constituer de plans

parallles aux parois de la salle.

Pour une machine chocs, elle doit tre place au moinsquatre emplacements diffrents (et plus si le sol est anisotrope),avec une orientation de 45

o

par rapport la direction de poutres ounervures.

1.2.3 Limites de mesures

Ces mesures sont ralises dans des conditions de champ sup-pos diffus. Lensemble des limites dfinies en [R 3 112, 3.2]sapplique donc.

On considre ainsi gnralement que le champ nest pas diffusaux basses frquences, cest--dire au-dessous de 400 Hz pour lespices traditionnelles (

V

< 50 m

3

). Lexcitation dun mode de salleest videmment troitement lie lemplacement de la source.

Si lon considre la frquence centrale de la bande de mesure laplus basse, il est recommand quau moins une dimension de lasalle soit dune longueur donde et une autre dune demi-longueurdonde au moins.

Un dplacement faible du microphone peut induire de sensiblescarts et des positions trop proches du centre des niveaux depression sous-estims dans le cas de dimensions de lordre dunedemi-longueur donde.

En respectant ces critres, il devient possible de limiter la disper-sion des rsultats, et donc daugmenter la rptatibilit de lessai,la diminuant globalement de 3 1 dB. Pour la reproductibilit, sereporter [R 3 113, 1.3].

1.3 Mesure des transmissions latrales

1.3.1 Approche normative

Les normes EN 12354 relatives lestimation des performancesacoustiques des btiments permettent de bien cerner le sujet destransmissions latrales (dans les btiments en bton). La simplicitdes rsultats publis est tonnante.

Il faut mesurer entre deux parois adjacentes

i

et

j

lisolementvibratoire

D

v

dans un sens et dans lautre, ainsi que les temps derverbration structuraux

T

s

(mesurs comme en [R 3 113, 2.3.2]mais dans les structures). Nous avons :

(7)

Il faut dfinir l

isolement vibratoire bidirectionnel

:

(8)

On introduit alors une quantit relative la puissance vibratoiretransmise une jonction, l

indice daffaiblissement vibratoire

K

ij

:

(9)

La longueur dabsorption quivalente de llment

i

,

a

i

, ou

j

,

a

j

,

note est :

(10)

avec longueur de la jonction commune entre la structure

i

et

j

,chacune tant de surface

S

,

f

frquence centrale du tiers doctave considr,

f

rf

pris 1 000 Hz.

Ainsi, l

indice de rduction de transmission latrale

R

ij

(indicedaffaiblissement acoustique, cf. [R 3 113, 2.2]) existant entre uneparoi

i

et une paroi

j

est :

(11)

Note : nous ne traiterons pas des mthodes de contrle(projet EN ISO 10052 [38]), dont la prcision et la validit sont dmontrer en regard des limites des mthodes dexpertisedcrites. Pour exemple, des obstacles supplmentaires sont letemps de rverbration (qui est estim en fonction du type delocal ; dimportantes divergences entre mesure et estimation ontt constates) et la mesure du niveau de pression qui est faitepar balayage (ce qui induit une augmentation du niveau sonorelors de faibles niveaux de par les mouvements de loprateur).

Dv,ij 10 lg v

j

2

v

i

2

-----------=

Dv,ij

Dv,ijDv,ij Dv,ji+

2--------------------------------=

Kij Dv,ij 10 lgij

ai aj------------------+=

a ji

a ji 2,2 2 S j

i frf /fc Ts ji

------------------------------------------------=

ij

RijRi2

-------- RiRj2

-------- Rj Dv,ij 10 lg SsSiSj--------------+ + + + +=exploitation du droit de copie est strictement interdite.trait Mesures et Contrle

o les indices R renvoient aux indices daffaiblissement de chaqueparoi et R aux doublages ventuels, de surfaces respectives Siet Sj , Ss reprsentant la surface de llment sparatif.

La mme dmarche est applique pour les niveaux de bruit dechocs :

(12)

expression que lon peut aussi exprimer en fonction de lindiceKij :

(13)

1.3.2 Principe de mesurage

Lexcitation est faite soit par pot vibrant, soit par un marteau,dont la masse sera infrieure la masse de 100 cm2 du mur excit.Il peut tre ncessaire de constituer un filtre passe-bas pour lexci-tation, en revtant le marteau dun matriau lgrement rsilient.Le nombre de positions de source (excitation vibratoire dunestructure) et de points de rception doit tre suffisant, car comme

Ln,ij Ln LRi Rj

2------------------- Rj Dv,ij 10 lg

SiSj--------+=

Ln,ij Ln LRi Rj

2------------------- Rj Kij 10 lg

Sij 0---------------+=



dans le cas de mesures acoustiques, le champ vibratoire peut treplus ou moins diffus. De plus, les champs vibratoires peuvent treinhomognes sur certains types de parois ossatures (que ce soitpour celle excite par impact ou pour la paroi de rception). Il estdonc ncessaire de distribuer les positions retenues pour les cap-teurs (acclromtres, la plupart du temps) sur lensemble desendroits diffrents de la paroi (au droit des ossatures et des vis etsur la plaque libre).

Dans le cas dun marteau, une solution simple pour viter demultiplier les mesures peut consister en un balayage du mur, avecune frquence dimpact denviron 2 Hz. Le moyennage est ainsiexcut sur moins dune minute.

Les rsultats de quatre indices

K

ij

dans une habitation struc-ture lgre sont donns sur la figure

2

.

1.4 Mesures acoustiques intensimtriques

Les deux mesurages qui vont suivre, lintensimtrie et lesmesures vibratoires ont la particularit dtre raliss aussi bien enlaboratoire qu

in situ

. Ils permettent ainsi destimer la contributionnergtique dune portion dlment sur le rsultat global. Mais

Pour mesurer un vecteur dintensit, et avoir donc accs des

lignes de flux dintensit acoustique rayonne, il est ncessaire derpter une mesure en un point dans trois directions orthogonales.

1.4.2 Conditions de mesurages

La ralisation dun maillage virtuel entourant la source est la pre-mire tape avant le commencement de la mesure proprementdite. Il existe deux manires de mesurer lintensit acoustiquerayonne par une surface donne :

Par positions discrtes : cette mthode est gnralement utilisepour la ralisation de cartographie. Cela permet une rsolutionrelativement fine de lintensit rayonne ponctuellement par unlment. La rsolution relle dpend de la directivit de la sondeutilise, mais on peut raisonnablement obtenir des mailles demoins de 20 cm de ct.

Par balayage : cette mthode consiste en la ralisation duncheminement sur une surface donne, une vitesse de lordrede 0,2 m/s. Le maillage ralis est beaucoup plus grossier (maillesde 30 100 cm) et cette mthode a donc lavantage dtre plusrapide que la prcdente. Elle est utilise lorsque lon a besoindune valeur moyenne dintensit (donc de puissance rayonne).

Un champ acoustique idal est celui dit de champ libre . Nousne mesurons ainsi assurment que lintensit acoustique prove-nant de llment test. Dans le cas dun mesurage effectu dansune pice, et afin de ne pas perturber de trop une mesure enchamp proche, il faut respecter les conditions suivantes :

le temps de rverbration de la salle doit tre faible (de lordrede 0,3 s pour une salle de 50 m3), en veillant obtenir le rapportS /A < 1,25 (S tant la surface totale des parois de la salle et A lairedabsorption acoustique de la salle de rception) ;

Figure 2 Rsultats de quatre indices Kij dans une habitation structure lgre, avec lmission dans la paroi dune piceet la rception suivant quatre parois adjacentes, pices 2 et 3

50 80 125 200 315 500 800 1 250 2 000 3 150 5 000 10

0

10

20

30

40

50

f (Hz)

Kij (dB) mission pimission pice 1, marteau d'impact paroi 2ce 1, marteau d'impact paroi 2mission pice 1, marteau d'impact paroi 2

Pice 2paroi 1

Pice 2paroi 2

Pice 3paroi 2

Pice 3plafond

Pice 2paroi 1

Pice 2paroi 2

Pice 3paroi 2

Pice 3plafond

Figure 3 Schma dune sonde intensimtrique

r

Entretoise

Micro BMicro AToute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 3 114 5

alors que la mesure intensimtrique inclut le rayonnement acous-tique, la vitesse vibratoire ne nous le donne pas. Concernantlintensimtrie, les mesurages de puissances acoustiques sontabords dans les normes NF ISO 9614 [26] [27] [28].

1.4.1 Expression de lintensit partir de mesures de pression

Un systme de mesure dintensit acoustique est sensiblementidentique celui prsent en [R 3 113, figure 1], sinon quil estconstitu dune sonde comportant deux microphones, gnrale-ment placs tte-bche (figure 3).

Si lon reprend en [R 3 112, quations (4), (5) et (8)], nous obte-nons lintensit acoustique instantane :

(14)

avec pA et pB pressions instantanes mesures aux micros A et B.

Ce systme permet non pas de mesurer un vecteur dintensitacoustique, mais la composante dans une direction par rapport laxe de la sonde.

la distance de la sonde llment doit tre de lordre de 10 cm(ni moins de 5, ni plus de 20 cm) ;

une source de forte intensit situe proximit dune surfacede mesure perturbe le champ et ne permet pas une bonne estimationde lintensit rellement rayonne par llment retenu. Dans un telcas (fuite acoustique importante dun lment joints dune fentrepar exemple), il faut procder au masquage dudit lment, ou laralisation dun cran, ventuellement avec une face absorbante.

1.4.3 Limites de mesure

1.4.3.1 Espacement entre les deux microphones

Il conditionne la gamme dynamique en frquence.

En hautes frquences : il sagit l dune erreur dans lapproxi-mation par diffrence finie, ou erreur de pente, comme on peut levoir sur la figure 4. Pour une prcision de lordre de 1 dB, la lon-gueur donde mesure doit tre suprieure 6 fois la distanceentre les microphones (soit jusqu 5 kHz pour lcarteur classiquede 12 mm).

En basses frquences : il sagit l dune erreur de phase entre lesdeux voies du systme danalyse. Un bon systme aura un

I pA pB+2r----------------------- pA pB( )dt=27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour





dphasage entre ses deux voies correspondant environ 0,3o, soitune prcision de 1 dB. Un carteur de 12 mm permet ainsi demesurer jusqu loctave 125 Hz, mais il faut prendre un carteurde 50 mm pour mesurer au-dessous, tout en sachant que la limitethorique haute frquence de celui-ci est 1 250 Hz.

1.4.3.2 Caractristiques directionnelles

Gnralement, les sondes sont constitues de deux micro-phones omnidirectionnels monts face face. Les niveaux mesu-rs sont alors fonction du cosinus de langle existant entre laxe dela sonde et londe incidente.

Cela conduit aux niveaux suivants en fonction de langle dinci-dence dune onde :

1.4.4 Applications

1.4.4.1 Mesure dindice daffaiblissement acoustiquedune paroi ou dun lment

Nous considrons des conditions de laboratoire (absence detransmissions latrales, champ homogne et diffus...). Dans la salledmission, on mesure le niveau de pression acoustique quadra-tique moyen Lp 1 . Dans la salle de rception, on mesure lintensitacoustique normale L In . En reprenant en [R 3 112, quations (14) et(15)], nous obtenons :

(15)

avec Stot surface totale du mesurage,

S surface de llment mesur.

1.4.4.2 Mesure de la puissance acoustique dun lment

Daprs [R 3 112, quations (1) et (5)], la relation liant intensit etpuissance est extrmement simple. Il suffit alors de dfinir dessurfaces de mesurage adaptes, dont laire peut tre correctementestime (paralllpipdes, cylindres, sphres ou demi-sphrespour des lments poss au sol...).

1.5 Mesures vibratoiresVibrations et acoustique sont intimement lis. Il est ainsi clas-

sique de raliser des mesures de cet ordre pour analyser un l-ment, des chemins de transmission... Comme les mesuresintensimtriques, les mesures vibratoires permettent la ralisationde carte de niveaux. Alors que les prcdentes ncessitent desconditions de champ particulires, celles-ci nen ncessitentaucune.

1.5.1 Appareillage

Il existe deux types de mthodes pour obtenir les vibrations dunlment : les mesures avec contact et les mesures sans contact.Les premires font gnralement appel aux capteurs classiquesque sont les acclromtres (pour lacclration) et les gophones(pour la vitesse). Les deuximes font appel des procds plussophistiqus, comme la vibromtrie laser ou lholographie. Dansun cadre classique, lappareillage est identique celui prsent en[R 3 113, figure 2]. Comme en acoustique, il est ncessaire de pr-ter une grande attention au type de capteur utilis. Celui-ci nedevra pas perturber le champ vibratoire (avec une taille et unemasse ngligeable devant llment mesur) et prsenter unegamme dynamique et frquentielle adquate (ne pas prendre uncapteur sismique pour mesurer au-dessus de 1 000 Hz ou deschocs par exemple).

1.5.2 Expression dun champ acoustique partir de mesures vibratoires

Nous allons nous limiter aux vibrations des plaques. Nousvenons de voir au paragraphe 1.3 que les transmissions latralespouvaient tre estimes en partie par la connaissance des isole-ments vibratoires existant au niveau dune jonction. Cela provientde la corrlation existant entre la vitesse vibratoire dune paroi etla puissance acoustique rayonne :

W = c S v 2 (16)

Figure 4 Influence de la frquence sur lespacemententre microphones et la limite de mesure haute frquence

Angle dincidence(o)

Diffrence entre le niveau dintensit mesuret le niveau rel

90 aucun niveau mesur (pas de composante dans laxe de la sonde)

60 3 dB

30 0,6 dB

0 0 dB

r

Courbe en trait continuHaute frquence

p /r = p /r

Courbe en tiretBasse frquence

p /r p /r

Courbe en trait continuHaute frquence

p /r = p /r

Courbe en tiretBasse frquence

p /r p /r

Distance

Pre

ssio

n p

RI Lp1 6 LIn 10 lg StotS-----------+ =exploitation du droit de copie est strictement interdite.trait Mesures et Contrle

Le niveau de puissance rayonne par une plaque est alors :

(17)

avec S0 = 1 m2.

Figure 5 Schma du facteur correctif pour la prise en comptedu rayonnement dune plaque

LW Lv 10 lg ( ) 10 lg SS0---------+ +=

1

10 20 dB

0 dB

2 10 dB

10 lg

f /fc



Le niveau de pression acoustique rsultant par bande tiersdoctave, prsent dans une pice de rception considre commerverbrante, est alors donn en [R 3 113, quations (34) et (35)].

Concernant le facteur rayonnement , celui-ci dpend pour beau-coup de la frquence critique de la plaque rayonnante, caractris-tique dun matriau et de son paisseur. Ainsi, la forme typiquepour une simple plaque du second terme de lquation (17) estcelle donne par la figure 5.

Dans le cas particulier des plaques isotropes couples deuxfluides identiques, nous avons :

o masse volumique, coefficient de Poisson,

2. Mesures environnementales

Figure 6 Cartographie des niveaux de vitesse relevs sur un plancher en bois avec excitation arienne

100

98

96

94

92

90

0,51

1,52

2,53

12

34Y [m]

X [m]

Niv

eau

de

vite

sse

(dB

(A

))

Niveau de vitesse (dB (A))

Au-dessus de 101

100 - 101

99 - 100

98 - 99

97 - 98

96 - 97

95 - 96

94 - 95

93 - 94

92 - 93

91 - 92

90 - 91

89 - 90

88 - 89

87 - 88

Au-dessous de 87

fcc 2

2----------

12 1 2( )Eh 2

-----------------------------------=

Cette distribution dans lespace des niveaux de vitesse moyenne endB(A) est faite point par point aprs une interpolation polynomiale, avecun filtrage initial passe bande de 100 2 500 Hz, la frquence hauteayant t choisie suite la frquence de coupure du mode de fixation(adhsif double face).

Nous voyons trs clairement daprs ce rsultat la diffrence deniveau vibratoire mesur par les acclromtres placs sur les soliveset ceux placs entre les solives.

Les niveaux de vitesse les plus faibles (moins de 95 dB(A)) sontatteints sur les solives, alors que lon dpasse 100 dB(A) entre elles.Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 3 114 7

E module dlasticit, h paisseur de la plaque.

1.5.3 Application

Pour raliser ces mesures, il est ncessaire comme pour lesmesures acoustiques davoir soit un champ diffus dans la plaqueconsidre, soit deffectuer un nombre suffisant de points demesure pour avoir une bonne reprsentativit du champ vibratoire.

partir dune mesure acclromtrique, il est facile de remonterau niveau de vitesse par simple intgration. Dans le cas dun fil-trage numrique par analyseur de frquence, nous obtenons enconsidrant un signal harmonique :

v = 2fb (18)

avec acclration, fb frquence centrale de la bande tiers doctave considre.

Dans le cadre de cette application, nous allons observer lappli-cation des quations tablies jusqualors pour deux types demesurage :

les mesures particulires permettant la qualification duncran routier pos in situ ;

les mesures gnrales rsultant de lapplication de la normeNF S31-010 [29], applicable la qualification dun environnement.

Mais dans un premier temps, dfinissons clairement limpor-tance de la mtorologie sur les mesures acoustiques extrieures.

2.1 Conditions atmosphriques ncessaires

Nous avons vu en [R 3 112, 3.3.2] limportance de labsorptionatmosphrique sur la pression acoustique. Cette pression est aussiinfluence par la vitesse du vent et le gradient de temprature,rsultant de la diffrence de temprature entre le sol et latmos-phre, qui conduit des formes de rayons sonores non linaires.

Cela nous conduit aux tableaux rcapitulatifs 1 et 2.

Lexemple de la figure 6 montre une carte rsultant dun mesuragedes niveaux de vitesse moyenne sur un plancher bois dans unimmeuble, en 160 points successifs. Lexcitation consiste en un bruitrose denviron 90 dB par tiers doctave.27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour





(0)

Il ne faut pas raliser de mesures lors de pluies trs marquesou de vent trop fort (suprieur 5 m/s), celles-ci nayant que peude reprsentativit.

2.2 Mesures acoustiquessur ouvrages routiers

Nous allons aborder deux mesurages : celui rsultant dunemthode dite impulsionnelle [30], et celui dit de perte par insertion[31]. Le premier est bas sur une application de la propagation desondes sphriques et le deuxime simplement sur une mesuresonomtrique.

2.2.1 Mthode impulsionnelle

2.2.1.1 Prsentation

Cette mthode permet la caractrisation acoustique en trans-mission et en rflexion dcrans routiers ou ferroviaires installs enchamp libre.

Elle consiste en lenvoi dun signal impulsionnel devant lcranconcern (figure 7), un microphone M1 tant plac devant et unautre M2 derrire. Avec un analyseur et par sparation des diff-rents signaux, il est possible dobtenir le spectre du signal dmis-sion, de rflexion et de transmission.

Ces mesures peuvent tre ralises pour plusieurs incidences,notamment en S2 pour une incidence de 30o. Ces incidences obli-ques sont intressantes de par leur correspondance avec la ralit,o lon a faire une source linique.

Cela nous donne les signaux temporels de la figure 8.Nous voyons quune fois de plus, cette technique ncessite

lemploi dun analyseur frquentiel. La particularit de ce mesu-rage rside en un traitement initial du signal en bandes fines (pourla ralisation du fentrage temporel). Les spectres obtenus sontalors recomposs en bandes tiers doctave.

Tableau 1 Classes de vent et de temprature pour les mesures extrieures

Classes de temprature Correspondance mtorologique Classe du vent Vitesse et direction du ventpar rapport au sens source-rcepteur

T1 Le jour avec un fort ensoleillement, une surfacesche et peu de vent V1 Fort et contraire (> 3 m/s)

T2 Idem T1, mais avec une des 4 conditions nonvrifie V2Faible et contraire (1 3 m/s)

Fort et peu contraire

T3 Lever ou coucher du soleil ou temps couvert,avec du vent et une surface non dtrempe V3Nul

Quelconque de travers

T4 La nuit avec des nuages ou du vent V4 Faible et portant (1 3 m/s)Peu portant ( 45o) et fort (> 3 m/s)

T5 La nuit, avec un ciel dgag et un vent faible V5 Fort et portant (> 3 m/s)

Tableau 2 Incidence des classes de vent et de temprature sur les mesures acoustiques extrieures

Classes V1 V2 V3 V4 V5

T1 proscrire Attnuation forte du niveau sonoreAttnuation sensible

du niveau sonoreAttnuation sensible

du niveau sonore proscrire

T2 Attnuation forte du niveau sonoreAttnuation sensible

du niveau sonoreAttnuation sensible

du niveau sonore Effets nulsRenforcement faible

du niveau sonore

T3 Attnuation sensible du niveau sonoreAttnuation sensible

du niveau sonore Effets nulsRenforcement faible

du niveau sonoreRenforcement faible

du niveau sonore

T4 Attnuation sensible du niveau sonore Effets nulsRenforcement faible

du niveau sonoreRenforcement faible

du niveau sonoreRenforcement fort du niveau sonore

T5 proscrire Renforcement faible du niveau sonoreRenforcement faible

du niveau sonoreRenforcement fort du niveau sonore proscrireexploitation du droit de copie est strictement interdite.trait Mesures et Contrle

Figure 7 Emplacements des appareils pour la mesure impulsionnelle

cran

M2M1(S1 ou S2)

Distance0

cran

M1'

M2M1S1

S2

Distance0

30

schma verticalb

schma horizontala

S



Nous dfinissons ainsi les spectres de pression acoustique p (f )obtenus suivant [R 3 112, quation (12)] (intrieur du logarithmeet Tm infrieur 3 ms) la transforme de Fourier tant appliquesur le signal fentr.

2.2.1.2 Analyse

Lanalyse se rapproche alors de la thorie aborde en [R 3 112, 3.3.4 et 3.3.5] et [R 3 113, quations (14) et (15)]. Pour chaquebande fine f (bande de frquence troite), nous avons le facteur detransmission :

(19)

avec indice t pour transmis et i pour incident, et le facteur derflexion :

(20)

avec R coefficient de rflexion (cf. [R 3 112, quation (64)]).

Les facteurs K reprsentent la divergence sphrique existant pourlonde rflchie (indice r ) et londe transmise (indice t ) et sontgaux gomtriquement (figure 7b) :

2.2.1.3 Limites de la mthode

Les limites de mesures sont assez importantes.

Dimensions minimales : de par lhypothse de champ libre, il estncessaire de pouvoir parfaitement sparer les diffrents signauxtemporels. Lcran acoustique devra donc avoir une hauteur de3 m, et une largeur de 4 m minimum, pour une hauteur de microsde 1 m 70 par rapport au sol et distants de lcran de 50 cm.

Limites hautes frquences : celles-ci sont conditionnes par lesirrgularits de surface. Ainsi, il existe aujourdhui beaucoupdcrans comportant un rainurage en surface, sens amliorer ladiffusion des ondes. Celui-ci fonctionne alors en rsonateur quartdonde , ce qui conduit la limite suprieure en frquencesuivante :

(24)

avec e profondeur des discontinuits.

Limites basses frquences : celles-ci sont conditionnes par ledimensionnement retenu et fixes dun point de vue normatif 200 Hz.

Source de bruit impulsive (gnralement un pistolet dalarme) :elle doit produire une nergie acoustique suffisante tout en per-mettant de rester dans le domaine linaire. Cela exclut les pistoletsde trop fort calibre (niveau suprieur 150 dB 1 m pendant1 ms). Par ailleurs, la chane de mesure doit pouvoir mesurer detels niveaux sans saturation, des microphones quart de poucetant gnralement ncessaires (attention aux attnuateurs, qui nesont souvent pas linaires pour les transitoires de trs courtedure).

2.2.2 Mthode de perte par insertion

2.2.2.1 Prsentation

Par opposition la mthode du paragraphe prcdent ( 2.2.1),cette mthode [26] est cense permettre le contrle de lefficacitdes ouvrages raliss. Il est aussi possible de mesurer indirec-tement lefficacit des crans par simple caractrisation dun siteavant et aprs la ralisation dun ouvrage [32].

Le principe dune telle mthode consiste en la ralisation dunmesurage avec et sans lcran acoustique construit en borduredune voie. Ces mesures sont du type sonomtrique, lintgration

Figure 8 Forme schmatique des diffrents signaux temporels obtenus aux 2 points de mesure en fonction du temps

Lp

TempsSignal en M1 Signal en M2

Fentrage raliser

jpt f( )pi f( )-----------------

2K t

2=

Rj rj2 pr f( )

pi f( )-----------------

2K r

2= =

f maxc

4e----------=Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 3 114 9

(21)

Il est alors ncessaire de raliser une sommation nergtiquedes niveaux obtenus en bandes troites (indexes j ) pour obtenirun spectre en bandes tiers doctave (indexes k ) (pour plus dedtails voir [25]).

Comme pour le calcul dun affaiblissement acoustique(cf. [R 3 113, 2.2]), nous dfinissons alors les pertes localesdnergie acoustique (Transmission Loss TL) de la faon suivante :

pour la rflexion :

(22)

et pour la transmission :

(23)

Puis, identiquement aux calculs globaux disolation acoustique(voir quations (3), (4) et (5)), on calcule les indices globaux pon-drs A, avec notamment un spectre de rfrence de bruit routier.

du niveau sonore tant ralis en dB(A) suivant une quivalence de[R 3 112, quation (12)]. On mesure ainsi le niveau de pressionacoustique continu quivalent pondr A :

(25)

avec T = t 2 t 1.

Il existe alors deux possibilits : une mthode directe ; une mesure est ralise avant pose de

lcran, puis au mme endroit aprs pose de lcran ; une mthode indirecte ; la mesure initiale est ralise sur un

site quivalent sans cran, une autre mesure tant ralise sur le siteavec cran.

Dans les deux cas, un microphone de rfrence est plac 1 m 50au-dessus du bord de lcran (ou au niveau prvisionnel si celui-cinest pas construit), les emplacements des points de rceptiontant laisss au libre choix de loprateur (en champ semi-libre ouen surface rflchissante). Le temps de mesurage doit tre suffi-samment long (et le trafic suffisamment important) pour obtenirune stabilisation du LAeq,T mesur.

KtSM2SM1---------------- et Kr

SM1SM1 ------------------==

TLRk 10 lg 1r k 2---------------=

TLTk 10 lg 1k-------=

LAeq,T 10 lg 1t 2 t 1------------------- 12 p A

2 t( )p 0

2-------------------- dt=27/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour





2.2.2.2 Limites de la mthode

Incidence des variations du site : la mthode indirecte permetpar exemple de raliser une mesure sur la mme route, en un sitequivalent en absence dcran. Cette condition est extrmementdifficile raliser, de par la stricte quivalence trouver (pas devariation de pente de voie, denvironnement...). De mme, aprs lapose dun cran, il est courant davoir un site entirement modifi,ne serait-ce que par la variation dimpdance de surface (parexemples : un champ de bl avant la mesure mais un champ deterre aprs, variations en fonction des saisons...).

Incidence du contexte de mesurage : le microphone de rfrencedoit permettre un recalage des niveaux avant et aprs la mesure,la nature des enrobs (notamment labsorption des enrobsdrainants) et les variations de vitesse des vhicules engendrant degrandes diffrences de niveau sonore. Ces points peuvent tre trssensibles dans le cas de la mthode directe ou un simple recalagepeut savrer inefficace (obtenir une efficacit dcran ngativenest pas chose rare !).

Incidence de laspect mtorologique : les tableaux 1 et 2montrent limportance des paramtres mto et leur incidence surles rsultats de mesure. Par temps couvert notamment, il est pos-sible dobserver de grandes diffrences de rsultats.

2.3 Mesures de niveaux sonoreset dmergence

2.3.1 Valeurs mesures et calcules

La base de ces mesures fait appel la mesure du niveau depression acoustique quivalent pondr A (voir quation (25)),mesur sur une priode de temps courte et nomm LAeq, . Cettedure est gnralement infrieure 10 s et peut descendre 100 ms pour les bruits impulsifs. Dans le cas dun bruit particulierapparaissant durant un temps T, il est possible de dfinir le niveaumoyen des LAeq courts des bruits particuliers le composant de lamanire suivante :

(26)

Sur une priode denregistrement donne, lensemble des bruitsnon particuliers restant constituent alors le bruit rsiduel.

On peut alors dfinir lindicateur dmergence :

E = LAeq,Tpart LAeq,Tres (27)

Celui-ci est essentiel pour la caractrisation de bruit mergeantdans lenvironnement et est toujours utilis par la lgislation.

Ces niveaux sont gnralement enregistrs numriquement (soitdans la mmoire du sonomtre, soit directement sur le disque durdun ordinateur portable) puis sont traits par analyse statistique.On dtermine ainsi le LAeq dpass pendant N % de lintervalle detemps considr. Ce niveau acoustique fractile est not LAN, (par

exemple, LA90,60s est le LAeq dpass pendant 90 % du temps avecune dure dintgration dune minute). Les valeurs principales pourN sont 10, 50 et 90 %.

Il peut exister des bruits perturbateurs exceptionnels quiviennent perturber la mesure, et notamment induire temporaire-ment un bruit rsiduel suprieur au bruit particulier. Dans ce cas-l,aprs vrification que le bruit rsiduel rpond aux critres dunedistribution gaussienne, il est possible de dfinir un nouveauniveau rsiduel calcul de la manire suivante :

(28)

Le choix entre L 90 et L 95 se fait par vrification du bruit de fondde la chane de mesure.

Celui-ci doit tre infrieur dau moins 5 dB lindice retenu.Nota : la nature gaussienne du bruit peut tre apprcie partir de la droite de Henry

dune analyse cumulative des niveaux de bruit et par son trac.

2.3.2 Caractristiques particulires dun bruit

Il existe dautres descripteurs du bruit, ceux-ci tant censs illus-trer la gne due au bruit, autrement que par les seuls niveauxsonores exprims en dB(A).

Tonalit marque : il sagit de la valeur des niveaux mettant envidence une mergence particulire dans une bande tiersdoctave donne. Cette mergence se calcule par lcart existantentre la bande considre et la moyenne nergtique des deuxbandes suprieures et des deux bandes infrieures.

Indice de pointe : il sagit du comptage dvnement de durelimite dpassant un niveau donn. On peut ainsi caractriserlimportance des bruits impulsionnels (bruits de dure infrieure 1 s, spars par des intervalles de temps de dure suprieure 0,2 s).

Facteur dimpulsionnalit : il sagit de la diffrence entre leniveau maximal dun bruit mesur avec une dure dintgrationfaible ( 125 ms) et le niveau du mme bruit mesur avec unedure dintgration plus importante ( 1 s). Avec des analyseurstemps rels, il est mme possible de descendre des duresdintgration de lordre de la milliseconde.

Enfin, il est clair quun plan de mesurage adapt constitue un

Au regard de lensemble des limites de cette mthode, nousinvitons les utilisateurs potentiels de ce mesurage la plus grandeprudence quant lexploitation de rsultats et aux conclusionshtives qui peuvent parfois tre tires.

Remarque : il faut veiller adapter la dure dintgration lvnement mesur.

LAeq,Tpart 10 lg 1T------ 100,1 LAeq,( )ii=1

n

=

Leq,Gauss L 50 0,115 L 50 L 901,28---------------------------+=Leq,Gauss L 50 0,115 L 50 L 951,65---------------------------+=exploitation du droit de copie est strictement interdite.trait Mesures et Contrle

facteur cl pour lobtention de mesures reprsentatives de la ra-lit.

2.3.3 Exemple

Nous allons aborder un exemple mettant en avant lensembledes points abords dans les deux paragraphes 2.3.1 et 2.3.2.

Il sagit dun lment situ en pleine ville, source ponctuelle debruits impulsionnels, gnant les personnes situes proximit.

Le caractre impulsionnel du bruit engendre la ncessit duneanalyse fine, avec une dfinition de 100 ms maximum.

La prsence des bruits de circulation importants impose unemesure en bande tiers doctave (ici, de 50 Hz 10 kHz).

Une mesure en faade dun btiment proche donne les spectresde niveaux de pression de la figure 9.

La mme mesure, en labsence danalyse spectrale, avec uneintgration de la pression linaire et de la pression pondre A(suivant lquation (25)) avec le mme temps dintgration, donnele graphique de la figure 10.

Pour chaque type de mesurage, nous dduisons les remarquessuivantes.



Moyennage linaire des niveaux sonores : en plus de sonabsence de reprsentativit avec la perception de loreille humaine,celui-ci ne permet pas de visualiser lmergence des bruits impul-sionnels. En effet, le trafic routier alentour induit un niveau sonorecontinu de mme niveau absolu que ceux-ci.

Moyennage pondr A des niveaux sonores : les bruits impul-sionnels ont une tonalit relativement marque situe vers1 000 Hz. La pondration A est peu marque ces frquences etpermet de rduire considrablement lnergie apporte par le bruitroutier. Les mergences constates sont de lordre de 10 dB(A)pour une analyse sur 100 ms.

Analyse spectrale : lapport de cette analyse est flagrant. Ellenous a permis dexpliciter les deux points prcdents de moyen-nage. Ainsi, nous voyons sur la figure 9 le fort niveau de bruit auxbasses frquences, lmergence de trois bruits impulsionnels dansles mdiums. Enfin, les mergences constates par bandes tiersdoctave sont de lordre de 20 dB.

Figure 9 Carte de spectres de niveaux sonores en fonction du temps

75

70

65

60

55

50

45

40

35

30

1,6

1,3

1

0,7

0,4

0,1

6 300

3 150

1 600

800

400

200

10050

Frquence tiers d'octave (Hz) Temp

s (s)

L eq

, T (

dB

)

Leq, T (dB)

30 - 3535 - 4040 - 4545 - 5050 - 5555 - 6060 - 6565 - 7070 - 75

Figure 10 Mesure de pression acoustique linaire et pondre A

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 260

65

70

75

80

Temps (s)

Niv

eau

(d

B)

LeqT

LAeqT

Leq,T

LAeq, T Toute reproduction sans autorisation du Centre franais dexploitation du droit de copie est strictement interdite. Techniques de lIngnieur, trait Mesures et Contrle R 3 114 1127/09/2008DOCUMENTATIONDossier dlivr pour

Mesures acoustiques1. Mesures btiment1.1 Diffrents types de transmission1.2 Mesure de lisolement acoustique normalis et du niveau de bruit de choc1.2.1 Application de la norme franaise1.2.1.1 Expressions1.2.1.2 Calculs globaux1.2.1.3 Position des appareils de mesure

1.2.2 Application des normes europennes1.2.2.1 Gnralits1.2.2.2 Position des appareils de mesure

1.2.3 Limites de mesures

1.3 Mesure des transmissions latrales1.3.1 Approche normative1.3.2 Principe de mesurage

1.4 Mesures acoustiques intensimtriques1.4.1 Expression de lintensit partir de mesures de pression1.4.2 Conditions de mesurages1.4.3 Limites de mesure1.4.3.1 Espacement entre les deux microphones1.4.3.2 Caractristiques directionnelles

1.4.4 Applications1.4.4.1 Mesure dindice daffaiblissement acoustique dune paroi ou dun lment1.4.4.2 Mesure de la puissance acoustique dun lment

1.5 Mesures vibratoires1.5.1 Appareillage1.5.2 Expression dun champ acoustique partir de mesures vibratoires1.5.3 Application

2. Mesures environnementales2.1 Conditions atmosphriques ncessaires2.2 Mesures acoustiques sur ouvrages routiers2.2.1 Mthode impulsionnelle2.2.1.1 Prsentation2.2.1.2 Analyse2.2.1.3 Limites de la mthode

2.2.2 Mthode de perte par insertion2.2.2.1 Prsentation2.2.2.2 Limites de la mthode

2.3 Mesures de niveaux sonores et dmergence2.3.1 Valeurs mesures et calcules2.3.2 Caractristiques particulires dun bruit2.3.3 Exemple

Documents

Acoustique des salles et de l'environnement r3114