Lorsqu'il n'y a pas d'obstacle rencontré, l'onde sonore se propage en ligne droite à partir de la source, et le bruit s'affaiblit au fur et à mesure que l'on s'en éloigne (en plein air, à partir de 1 m, le bruit perçu décroît de 6 dB chaque fois que l'on double la distance entre la source et le récepteur [cf § 1-3]) car l’énergie se répartie sur une surface de plus en plus grande.
5-1) Bruits aériens.
Toute émission sonore dans un local met en vibration, par l'intermédiaire des molécules d'air, toutes les parois de ce local. Ces parois elles-mêmes engendrent une variation de la pression de l'air dans les locaux voisins.
Ainsi, le bruit a traversé les parois (bruits aériens).
5-2) Bruits solidiens.
De la même façon, une paroi soumise à un choc réémet un bruit aérien dans les locaux voisins.
5-3) Isolation et correction acoustique.
Attention: ce sont deux notions très différentes!
Lorsqu'une onde sonore rencontre une paroi, son énergie incidente est divisée en trois parties:
c
énergie acoustique incidente qui se décompose en :d
énergie réfléchie vers le local d'originee
énergie absorbée par la paroi et dissipée en chaleurf
énergie transmise qui traverse la paroiL'isolation acoustique traite de l'énergie transmise par la paroi.
La correction acoustique traite de l'énergie absorbée et réfléchie.
c
e
c
d d
e e
f f
e
Acoustique du bâtiment
1) Les bruits dans le bâtiment.
1-1) Les types de bruits.
On distingue dans le bâtiment quatre types de bruits : - les bruits aériens intérieurs qui sont émis dans un
local et qui se propagent dans l'air (chaîne hi-fi, conversation,..)
- les bruits aériens extérieurs qui sont émis à l'extérieur de l'immeuble et qui se propagent dans l'air (circulation, trains, avions,..)
- les bruits d'impacts qui sont émis par une paroi mise en vibration (pas, chutes ou déplacement d'objet,..) - les bruits d'équipement qui sont émis par des
appareils et installations situés soit dans le logement récepteur (chauffe-eau, machine à laver,..), soit en dehors (ascenseurs, ventilations,..)
1-2) Les bruits normalisés.
Pour permettre la comparaison directe entre toutes les mesures, les pouvoirs publics (par le biais d’une réglementation) ont défini des spectres de bruits d'émission standards :
- le bruit rose, - le bruit route , - le bruit d'impact.
Le bruit rose simule les bruits aériens dans le bâtiment et il est également utilisé pour représenter les bruits d'avions. Il est caractérisé par un niveau sonore constant (par exemple 80 dB) par bande
d'octave.
Fréquences 125 250 500 1000 2000 4000
Niveaux sonores (dB) 80 80 80 80 80 80
Le bruit route simule les bruits aériens émis par le trafic routier. Il est plus riche en fréquence basse que le bruit rose. L’énergie contenue dans chaque bande d’octave est fixée par rapport à l’énergie de la bande centrée sur 1000 Hz.
Fréquences 125 250 500 1000 2000 4000
Variations d’énergie (dB) + 6 + 5 + 1 0 - 2 - 8
Niveaux sonores (dB) 87 86 82 81 79 73
Le bruit d'impact normalisé est produit par une machine à chocs (masses frappant le sol).
1-3) La transmission entre locaux.
Les bruits sont transmis du local d'émission au local de réception par deux voies principalement :
- la transmission directe TD - les transmissions latérales TL
La quantité d'énergie transmise par chacun de ces chemins dépend respectivement : - de la nature de la paroi de séparation et de ses défauts éventuels,
- de la nature des parois latérales (planchers, façades, refends) et du type de liaison entre les parois,
- de la nature, du nombre et des liaisons des cloisons distributives venant sur le séparatif.
2) L'indice d'affaiblissement acoustique Rw.
Cet indice caractérise la qualité acoustique d'une paroi de construction (mur, cloison, plancher, plafond, fenêtre, porte,..). Il est mesuré uniquement en laboratoire et ne prend en compte que la transmission directe d'un bruit aérien. On aura Rw [dB] avec une correction C ou Ctr selon la destination de la paroi testée.
Rw est obtenu par la différence des niveaux sonores [dB]
mesurés entre le local d'émission et le local de réception.
Plus Rw est grand, plus l'élément a un isolement acoustique élevé.
L'indice d'affaiblissement global (pour toutes les bandes de fréquence) Rw s'obtient en comparant les valeurs de l'affaiblissement brut par bande d'octave R = Lémis-Lreçu [dB] à une courbe de référence normalisée, et on retient pour Rw la valeur à 500Hz.
Un processus de calcul global à partir des résultats de mesure par bande d'octave est aussi utilisé pour déterminer C et Ctr.
Ainsi, et c'est un avantage de la norme européenne par rapport à la NRA antérieurement en vigueur, ces indices prennent en compte le comportement de la paroi sur tout le spectre sonore.
Vis-à-vis d'un bruit rose, on utilisera : RA = Rw + C en remplacement de Rrose (NRA) Avec RA ≈ Rrose -1
Vis-à-vis d'un bruit routier, on utilisera : RA,tr = Rw + Ctr en remplacement de Rroute (NRA) Avec RA,tr ≈ Rroute
2-1 Les parois simples : loi de masse.
Elles sont composées d'un même matériau (exemple: béton, carreaux de plâtre,..) ou d'une
juxtaposition de plusieurs matériaux non absorbants (exemple: enduit béton + béton + enduit plâtre).
TD TL
TL
émission réception
L'indice d'affaiblissement R d'une paroi simple dépend essentiellement de sa masse surfacique ms, de la raideur du matériau, et de son épaisseur. Plus une paroi est lourde plus son indice d'affaiblissement est élevé.
L'utilisation d’un abaque permet de déterminer rapidement la valeur de l’indice d’affaiblissement d'une structure simple par rapport au bruit rose ou au bruit route.
La lecture est directe quand on connaît la masse surfacique de la paroi étudiée.
Exemple:
On souhaite rendre inaudibles les conversations (R > 58 dB(A)) entre deux locaux adjacents à l'aide d'un mur de béton banché (r = 2500 kg/m3), déterminer l'épaisseur minimale de ce mur.
Quel serait l'indice d'affaiblissement d'une paroi de la même épaisseur en carreaux de plâtre, (r du plâtre = 1200 kg/m3).
Béton : Rrose = 58 dBA, ms = 400kg/m² soit une épaisseur de 16cm Plâtre : 1200*0.16 = 192 kg/m², soit Rrose = 46 dBA
A la lumière de ces 2 exemples, il faut trouver une meilleure solution technologique que la paroi simple.
2-2) Fréquence critique d’une paroi.
Pour une paroi d’une masse donnée, la loi de fréquence montre que R augmente de 4 dB chaque fois que la fréquence double.
Néanmoins, chaque paroi possède une fréquence critique pour laquelle l’indice d’affaiblissement chute (de 5 à 10 dB) brutalement.
masse surfacique en kg/m² R en dB(A)
bruit rose
bruit route Loi masse
théorique
Cette fréquence critique dépend du matériau et de l’épaisseur de la paroi. Pour les matériaux courants (béton, plâtre,..), elle se situe dans la plage de la conversation et crée un "trou" dans l’isolement acoustique.
On peut déterminer la fréquence critique d’une paroi simple par la formule suivante:
fc = c2
n = coefficient de Poisson ≈ 0,3 pour tous les matériaux solides.
2-3) Les parois composites : systèmes masse-ressort-masse.
Elles sont constituées de deux éléments simples séparés par un espace rempli ou non d'un matériau absorbant (exemples: double vitrage, cloison en plaques de plâtre,..). L'ensemble se comporte sur le plan de l'isolation acoustique comme un système masse-ressort-masse (dissipation d'énergie).
La dissipation de l'énergie vibratoire est d'autant plus importante que les masses surfaciques des 2 parois sont différentes, car on atténue ainsi la faiblesse autour des fréquences critiques de chaque parement.
L'air et la laine de verre jouent un rôle de ressort, la laine de verre intervient en plus comme amortisseur.
Dans un double vitrage, l'air joue seulement le rôle de ressort.
L'utilisation d'une paroi double permet d'atteindre des isolements très largement supérieurs à ceux prévus par la loi de masse d'une paroi simple de même masse surfacique.
Exemple :
Comparer les performances de cette cloison avec celles qu'aurait une paroi monolithique de même masse surfacique (30kg/m²).
Loi de masse pour ms = 30kg/m² : Rrose = 30 dBA
Plaque de plâtre BA 18
Laine de verre 30mm
L’indice d’affaiblissement acoustique d’une paroi double dépend de : - la masse surfacique de chacun des parements,
- l’épaisseur de la lame d’air ou de l’absorbant acoustique, - la fréquence critique de chacun des parements.
Le gain apporté par cette solution est donc important à condition de respecter certaines règles : a) les fréquences critiques des deux parements doivent être différentes pour ne pas accentuer la
chute de l’indice R (jouer sur l’épaisseur).
b) la fréquence critique d’une paroi avec lame d’air (f0 = 84. 1 d.(
1 m1 + 1
m2) où d est la distance entre les deux parois en mètre, m1 et m2 sont les masses surfaciques des deux parements en kg/m²) doit être la plus basse possible (pour être hors du domaine de fréquences des bruits de la vie courante).
c) il faut rejeter les fréquences de résonance de la lame d’air vers les fréquences aiguës (pour être hors du domaine de fréquences des bruits de la vie courante)
(fr = n. c
2d , où d est la distance entre les deux parois en mètre, c est la vitesse du son dans l’air, n = 1, 2, 3,..).
d) les parois de parements doivent être totalement désolidarisées sur le plan vibratoire afin que la transmission de l’énergie acoustique soit uniquement aérienne.
Par exemple, un système avec double ossature ou suspentes antivibratiles.
On a alors un affaiblissement du type:
2-4) Les parois juxtaposées.
Le problème posé ici est celui de la prévision de l'indice d'affaiblissement d'une paroi composée de plusieurs éléments d'indices d'affaiblissement différents (par exemple : mur + fenêtre).
L'indice d'affaiblissement équivalent sera évalué par la méthode suivante :
On va résoudre ce problème en traitant un exemple, la paroi sera composée ici de 2 parties, cependant la méthode est applicable si la paroi comporte plus d'éléments.
Exemple:
L'indice d'affaiblissement de la porte est donné par bandes d'octave dans le tableau suivant :
F (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
RA (dB) 24 29 28 32 47 46
L'indice d'affaiblissement du mur lourd avec doublage est donné par bandes d'octave dans le tableau suivant :
F (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000
RA (dB) 54 61 72 78 83 79
Pour chaque bande d'octave Req est donné par : Req = 10 log( S1 + S2
S1x10-R1/10 + S2x10-R2/10 ) en dB Ce qui donne pour l’exemple donné : Rporte = 47,9 dB
Rmur = 85,6 dB Rparoi = .56,5 dB
Conclusion: l’indice d’affaiblissement d’une paroi composée de plusieurs éléments est toujours proche de l’indice d’affaiblissement de l’élément le plus faible.
2,50 m 6,80 m
porte
1,70 x 2,10 R(dB)
fréquence (Hz) f0
loi masse théorique ( m1+m2 ) comportement réel paroi double
fm1 fm2
3) Correction acoustique.
3-1) Réflexion et absorption.
Lorsqu'une onde sonore rencontre une paroi, deux parties de l'énergie incidente ont une influence sur l'acoustique du local d'émission et sont donc prises en compte dans la correction acoustique: l'énergie réfléchie et l'énergie absorbée par la paroi.
Les réflexions sont perçues dès que la source de bruit s'arrête. Elles produisent une traînée sonore, la réverbération, d'autant plus longue que le volume de la salle est important et que les parois sont lourdes, rigides et lisses.
En mettant un matériau absorbant sur la paroi, on augmente la partie d'énergie absorbée au détriment de l'énergie réfléchie. Sa structure poreuse laisse pénétrer l'énergie et la disperse dans son épaisseur avant de la convertir en chaleur. Notez bien que cette démarche n'a aucune influence sur l'énergie transmise à travers la paroi et ne constitue donc pas une solution pour l'isolation acoustique du local adjacent.
L'utilisation d'un matériau absorbant a pour conséquence de rendre la salle plus "sourde" parce que la réverbération devient de très courte durée.
La correction acoustique traite de l'ambiance sonore d'une salle où se trouvent en même temps les occupants et la source sonore. Selon l'usage de la salle, l'objectif est soit d'améliorer les qualités d'écoute (salles de spectacle, de conférence ou d'enseignement) soit de diminuer le niveau sonore (hall d'entrée, ateliers, bureaux,..), soit de créer une acoustique spécifique (salle de sports, restaurants,..).
3-2) Temps de réverbération.
Le temps de réverbération d'une salle quantifie cette durée: c'est le temps nécessaire à un bruit pour décroître de 60 dB.
Dans une cathédrale, il est d'environ 6 secondes et dans un logement normalement meublé et occupé, il est de 0,5 seconde.
Si le temps de réverbération dans un local donné est long,
le bruit est entretenu car l'énergie sonore émise par la source et celle réfléchie par les parois se mélangent. Il en résulte une augmentation du niveau sonore.
3-3) Le coefficient d'absorption de Sabine.
Le degré d'absorption acoustique d'un matériau est caractérisé par le coefficient α de Sabine, qui détermine la quantité d'énergie absorbée par une paroi par rapport à la quantité d'énergie incidente.
Si l'on note:
Ei: énergie incidente au matériau, Ea: énergie absorbée par le matériau, Er: énergie réfléchie par le matériau, on a : Ei=Ea+Er et α = Ea
Ei
Un coefficient de Sabine de 0 signifie qu'aucune énergie n'est absorbée: toute l'énergie est réfléchie.
Un coefficient de Sabine de 1 signifie que toute l'énergie est absorbée: aucune énergie n'est réfléchie.
Les degrés d'absorption acoustique d'un matériau varient en fonction des fréquences. Les sons graves, médiums et aigus ne sont pas absorbés de la même façon. Les coefficients α de Sabine sont mesurés par bandes d'octaves, et récapitulés dans des tableaux relatifs aux matériaux absorbants.
3-4) Prévision du temps de réverbération. Formule de Sabine.
La formule de Sabine donne T:
T = 0,16 V A
où T=temps de réverbération (s) du local de réception
A=surface d'absorption équivalente (m2) du local de réception A=Σ(αi.Ai)
Ai= surface (m2) d'un élément de paroi à coefficient d'absorption αi V=volume du local (m3)
4) Les mesures d'isolement D et DnT,w.
L'isolement brut D est la différence de niveau de bruit entre deux locaux adjacents, celui d'émission et celui de réception. Il est mesuré in situ (sur chantier) et prend donc en compte la totalité des transmissions qu'elles soient directes ou latérales.
Parce qu'il inclut toutes les transmissions, l'isolement brut D est toujours inférieur à l'indice d'affaiblissement Rw (C, Ctr) de 5 à 8 dB (cela dépend de la conception).
Afin de pouvoir comparer les différents essais réalisés sur des chantiers divers, on introduit un terme correctif qui dépend des caractéristiques de la pièce de réception; on obtient ainsi la mesure d'un isolement dit normalisé DnT,w.
Si Le(dB) est le niveau émis, et Lr(dB) est le niveau reçu, on a :
En l'absence de mesures, on peut estimer préalablement à la réalisation des travaux l'indice
d'affaiblissement, afin de choisir des matériaux qui permettront d'atteindre in situ la performance acoustique exigée par la réglementation :
DnT,w = Rw (C, Ctr) + 10.log S 32V .
0 - 5 en dB
Formule valable pour les logements, bureaux et salles de classe (T=0.5s) Où V est le volume [m3] du local de réception
S est la surface [m²] de la paroi séparative entre local émission et local réception pour laquelle on a calculé le Rw (C, Ctr) en prenant en compte les différents éléments constitutifs de la paroi.
Le terme -5 prend en compte les transmissions latérales en construction courante On utilisera DnT,A vis-à-vis des bruits intérieurs :
DnT,A = RA + 10.log S 32V .
0 - 5 en dB
On utilisera DnT,A,tr vis-à-vis des bruits extérieurs routiers : DnT,A,tr = RA,tr + 10.log
S 32V .
0 - 5 en dB
Quelques exemples d'appréciations d'utilisateurs en fonction de l'isolement:
Isolement DnTA Appréciation de l'utilisateur 35 dB(A) "On entend tout"
40 dB(A) "On entend des voix, mais il est difficile de comprendre ce qu'il se dit"
45 dB(A) "Les conversations à voix fortes sont entendues, mais peu compréhensible"
50 dB(A) "Toutes les conversations sont inaudibles"
Important :
Comme les matériaux absorbants ne réagissent pas de la même façon à toutes les fréquences, les temps de réverbération sont fonction de celles ci. Il faut en tenir compte pour le traitement de certains locaux.
Particularités des façades légères :
c
façades rideaux :- Vis-à-vis des bruits extérieurs, les systèmes courants ne dépassent pas des isolements de l'ordre de 35dB. Des exigences supérieures nécessitent soit des études spécifiques et des vitrages très performants, soit de concevoir une façade semi rideau (habillage sur façade lourde).
- Vis-à-vis des bruits intérieurs, du fait que les murs rideaux filent devant les planchers, il peut y avoir des transmissions latérales importantes. Pour des immeubles d'habitation (compte tenu de la réglementation), cela nécessitera au minimum des allèges et trumeaux en béton pour couper le mur rideau.
d
bardages et couverturesCes parois étant opaques, les performances acoustiques peuvent être très bonnes : on peut en effet utiliser l'effet masse-ressort-masse en adoptant des systèmes multi-parois tels les bardages double peau par exemple qui permettent l'utilisation d'isolants.
La correction acoustique peut également être traitée par des tôles perforées qui permettent "d'emprisonner" le son dans un isolant.
5) la normalisation européenne.
La réglementation européenne remplace en France la NRA (de 1994) depuis les années 2000 : elle entre progressivement en vigueur selon les types d'établissements.
De plus, dans les circulations communes, l'aire d'absorption équivalente devra valoir le quart de la surface au sol :
A = 0,25.Surf sol
Pourquoi?
Le marché unique européen implique dans le domaine de la construction une unification des réglementations.
- Cela permet à tous de parler le même langage.
- Cela permet aux entreprises de conclure des marchés partout en Europe dans les mêmes conditions que sur le territoire national.
Comment?
Mise en place d’indices uniques pour tous les pays européens.
Les changements :
Il s’agit uniquement de modifications de forme qui concernent : - les noms des indices réglementaires
- le mode de calcul de la valeur prévisionnelle de ces indices
- l’unité de mesure : le dB remplace de dB(A) car le spectre de référence (corrections C et Ctr) prend en compte la perception des sons à l’oreille
- les méthodes de mesure in situ et en laboratoire des indices sont inchangées (excepté pour les bruits de choc sur chape flottante).
On accepte une tolérance de 3 dB sur les mesures in situ par rapport aux valeurs de la réglementation.
5-1) Bâtiments d'habitation
5-2) Locaux d'enseignement : JO du 28 mai 2003
Article 2: Pour les établissements d’enseignement autres que les écoles maternelles, l’isolement acoustique standardisé pondéré D
nT,Aentre locaux, doit être égal ou supérieur aux valeurs (exprimées en décibels) indiquées dans le tableau ci-après.
Local d’émission
(1) : un isolement de 40 dB est admis en présence d’une ou plusieurs portes de communication (2) : à l’exception d’une cuisine communicant avec la salle de restauration
Les internats relèvent d’une réglementation spécifique.
5-3) Hôtels : JO du 28 mai 2003
Article 2: Pour les hôtels, l’isolement acoustique standardisé pondéré D
nT,Aentre locaux, doit être égal ou supérieur aux valeurs (exprimées en décibels) indiquées dans le tableau ci-après.
Local de réception Local d’émission DnT,A
Salle de bain individuelle d’une autre chambre Circulation intérieure
50
Circulation intérieure 38
Bureau
Local de repos du personnel - Vestiaire fermé Hall de réception
Garage - Parking - Zone de livraison fermée Gymnase - Piscine intérieure
Restaurant
Casino - Salon de réception sans sonorisation Club de santé
Salle de jeux
60
Discothèque - Salle de danse *
Salle de bains
Chambre voisine - Salle de bains d’une autre chambre 45
Circulation intérieure 38
*:
les exigences d’isolement sont celles définies dans l’arrêté du 15 décembre 1998 pris en application du décret n°98-1143 du 15 décembre 1998 relatif aux prescriptions applicables aux établissements ou locaux recevant du public et diffusant à titre habituel de la musique amplifiée, à l’exclusion des salles dont l’activité est réservée à l’enseignement de la musique et de la danse.5-4) Valeurs des temps de réverbération (établissements scolaires)
Article 6: Les valeurs des durées de réverbération, exprimées en seconde, à respecter dans les locaux sont données dans le tableau ci-après. Elles correspondent à la moyenne arithmétique des durées de réverbération dans les intervalles d'octave centrés sur 500, 1000, et 2000 Hz. Ces valeurs s'entendent pour des locaux normalement meublés et non occupés.
Locaux meublé non occupés
Durée de réverbération moyenne (en secondes) dans les intervalles d'octave centrés sur 500, 1000 et
2000 Hz
Salle de repos des écoles maternelles; salle d'exercice des écoles maternelles; salle de jeux des écoles maternelles Local d'enseignement, de musique, d'études, d'activités pratiques, salle de restauration et salle polyvalente de
volume ≤ 250 m3 0,4 ≤ Tr ≤ 0,8
Local médical ou social, infirmerie; sanitaires;
administration; foyer; salle de réunion; bibliothèque;
centre de documentation et d’information
Local d'enseignement, de musique, d'études ou d'activités
pratiques d'un volume > 250 m3, sauf atelier bruyant(3) 0,6 ≤ Tr ≤ 1,2
Salle de restauration d’un volume > 250 m3
Tr ≤ 1,2
Salle polyvalente d'un volume > 250 m3 (1)
0,6 ≤ Tr ≤ 1,2
et étude particulière obligatoire(2)
Autres locaux et circulations accessibles aux élèves d’un
volume > 250m3 Tr ≤ 0.15 3V
Salle de sports Définie dans l'arrêté relatif à la limitation du bruit dans les établissements de loisirs et de sports pris en application de l'article L.111-11-1 du Code de la
construction et de l'habitation
(1) : en cas d'usage de la salle de restauration comme salle polyvalente, les valeurs à prendre en compte sont celles données pour la salle de restauration
(2) : l'étude particulière est destinée à définir le traitement acoustique de la salle permettant d'avoir une bonne intelligibilité en tout point de celle-ci
(2) : l'étude particulière est destinée à définir le traitement acoustique de la salle permettant d'avoir une bonne intelligibilité en tout point de celle-ci