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L'Acoustique Canadienne, 12, 1, pp. 37-43, 1984-01
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L'Effet du volume d'une salle sur la mesure des coefficients
d'absorption du son
Ser
TI-u I
N2Pd National Research Conseil national
no. 11.61
I
$
Council Canada de recherches Canadac. 2
,
BLDG ,,
L'EFFET D U VOLUME D'UNE SALLE SUR LA MESURE DES COEFFICIENTS D'ABSORPTION D U SON
par Jean-Yves Trepanier et A.C.C. Warnock
R6impression - paru dans Acoustique canadienne, vol. 12, no 1, janvier 1984, p. 3 7 1 4 3
Cahiers DRB no 1161
Division des recherches en bltiment
Ce document e s t d i s t r i b u ' e s o u s forme d e tiri5-3-part p a r l a D i v i s i o n d e s r e c h e r c h e s e n batiment. Les d r o i t s d e r e p r o d u c t i o n s o n t t o u t e f o i s l a propri'eti5 d e l ' b d i t e u r o r i g i n a l . Ce document n e p e u t S t r e r e p r o d u i t e n t o t a l i t i 5 ou e n p a r t i e s a n s l e consentement de 1 1 6 d i t e u r . Une l i s t e d e s p u b l i c a t i o n s d e l a D i v i s i o n p e u t d t r e obtenue e n S c r i v a n t 3 l a S e c t i o n d e s p u b l i c a t i o n s , D i v i s i o n d e s r e c h e r c h e s e n b a t imerY--- ---
-
- \ Canada, CL'EFFET DU VOLUME D'UNE SALLE SUR LA MESURE DES
COEFFICIENTS D'ABSORPTION DU SON
Jean-Yves Trepanier Et udiant
Universitg de Sherbrooke
A.C.C. Warnock
Conseil national de recherches Canada Division des recherches en bdtiment
Section bruit et vibration Ottawa, Canada
SOMMAIRE
Les mesures de coefficients d'absorption de 2 gchantillons dans 4 salles rbverb'erantes 6quip'ees de f q o n semblable et d'un volume variant entre
16 m3 et 250 m3 montrent des diffErences significatives en basses
frbquences. 11 existe une relation presque linkire entre le coefficient mesure et le logarithme du volume de la salle. Cette relation pourrait expliquer en partie la variabilit'e des coefficients mesur& d'un
laboratoire
3
l'autre.SUMMARY
Measurements of sound absorption coefficients for 2 specimens in 4
similarly equipped reverberation rooms ranging in volume from 16 to 250 m 3 show significant differences at low frequencies. There is an approximately linear relation between the measured coefficient and the logarithm of the room volume. This could explain some of the differences in measured coefficients between laboratories.
INTRODUCTION
Malgr6 les normes d6j3 existantes pour la mesure du coefficient d'absorption du son dans une salle rbverb'erante (1,2), les problSmes concernant cette mesure sont encore trGs nombreux.
I1 est cependant reconnu qu'une bonne diffusion du son dans les salles est indispensable 2 l'obtention de mesures valables. Par contre, plusieurs facteurs influent sur le degr6 de diffusion du son tel le nombre de diffuseurs, les
caractsristiques des sources sonores, le volume de la salle, etc.
Afin d'approfondir la connaissance de ces facteurs, on a tent6 d'isoler l'effet du volume d'une salle en rendant n'egligeables les effets des autres paramgtres.
A i n s i a-t-on c h o i s i l a proc'edure exp'erimentale s u i v a n t e :
-
les mesures d ' a b s o r p t i o n o n t 6 t 6 e f f e c t u g e s dans 4 s a l l e s reverbi5rantes d o n t l e volume v a r i a i t e n t r e 1 6 e t 250 m3 ;-
chaque s a l l e p o s s g d a i t d e s d i f f u s e u r s f i x e s e t t o u r n a n t s d o n t l ' a i r e t o t a l e c o r r e s p o n d a i t 2 a u rnoins 50% d e l a s u r f a c e du p l a n c h e r ;-
chaque s a l l e 6 t a i t munie de 4 h a u t - p a r l e u r s a l i m e n t & sgpargment e t d e p l u s i e u r s microphones ;-
les d g c r o i s s a n c e s r e c u e i l l i e s dans chaque s a l l e g t a i e n t t r 2 s nombreuses e t o n t 6 t S analys'ees p a r o r d i n a t e u r ;-
les mesures o n t 6 t 6 e f f e c t u 6 e s pour 2 6 c h a n t i l l o n s d i f f d r e n t s d a n s chaque s a l l e .Le p r 6 s e n t r a p p o r t f o u r n i t les r g s u l t a t s d e s mesures e f f e c t u g e s au C o n s e i l n a t i o n a l d e r e c h e r c h e s Canada (CNRC) e t examine l e s c o n c l u s i o n s q u i r e s s o r t e n t d e l ' a n a l y s e .
DESCRIPTION DES SALLES
Les 4 s a l l e s 03 l e s mesures o n t 6 t 6 e f f e c t u g e s p o s s z d e n t d e s murs p a r a l l s l e s . L e t a b l e a u 1 f o u r n i t l e s c a r a c t & r i s t i q u e s d e c e s s a l l e s .
La f i g u r e 1 montre les temps de r 6 v e r M r a t i o n d e l a s a l l e s a n s a b s o r b a n t A e t l e c r i t 3 r e d e S c h r o e d e r ( 1 , 2 ) c o m e f o n c t i o n d e l a f r h u e n c e . S e l o n l e crit3re d e
S c h r o e d e r , pour qu'un champs a c o u s t i q u e a t t e i g n e un champs d i f f u s e t qu'on p u i s s e le
Tableau 1
C a r a c t C r i s t i q u e s d e s s a l l e s
Aire d e s Aire d e s d i f f u s e u r s d i f f u s e u r s
Aire du f i x e s t o u r n a n t s Frequence d e Volume p l a n c h e r ( u n cat'e) (un c a t s ) (Sd+S,) /Sf S c h r o e d e r S a l l e v(m3) s f ( m 2 ) sd(m2) sV(m2) x 100% Fs(Hz)
d g c r i r e ad'equatement a u moyen d e 14
.
I I s t a t i s t i q u e s , I1 f a u t que l e temps d e A 250 rn3 r s v e r b ' e r a t i o n TR s o i t d g a l ou i n f ' e r i e u r 1 2-
2 Ts, oi3 V) DE S C H R O E D E R-
-
v e f 2 ( 1 2 10-
0 Ts 4 x 1 0 6-
C a e t V = volume de l a s a l l e (m3) rn .w a m f = fr'equence (Hz) oz W > \ w Ce c r i t z r e e s t i l l u s t r d B l a 4 w f i g u r e 1 03 l ' i n t e r s e c t i o n d e s deuxn courbes donne l a frgquence de Schroeder.
V)
4 -
-
Les f r'equences d e Schroeder d e chaquea W + s a l l e s e t r o u v e n t au t a b l e a u 1. D E S C H R O E D E R 2
-
Malgr6 l e c r i t z r e de Schroeder, u n volume de 85 m 3 s e r a i t s u f f i s a n t p o u r 0 I I I I 1 I t I les mesures d e 125 Hz e t p l u s , s e l o n l a0 125 2 5 0 500 norme ASTM C423. Par c o n t r e , dans l a
F R ~ Q U E N C E , H Z norme I S 0 354 ( 2 ) un volume d ' a u moins 150 m 3 e s t exigd. F i g u r e 1 Temps d e rgverb'eration e t c r i t ' e r e d e S c h r o e d e r pour l a s a l l e A La s a l l e D e s t un mod'ele b 1 1 6 c h e l l e d e 1:2,5 de l a s a l l e A, a v e c r o t a t i o n de 90' p a r r a p p o r t 2 l ' a x e h o r i z o n t a l . Le p l a n c h e r de l a s a l l e A c o r r e s p o n d donc b un mur d e l a s a l l e D. La s a l l e A posszde un c o n t r 8 l e d'humiditd e t de t e m g r a t u r e e t l e s s a l l e s A e t B o n t un syst'eme a u t o m a t i q u e d e l e c t u r e d e c e s param'etres. La temp'erature e t
1 1 h u m i d i t 6 dans l e s s a l l e s C e t D f u r e n t mesurdes au moyen d'un psychromztre e t d ' u n t h e r m o d t r e .
Les r g s u l t a t s d e s round-robins j a p o n a i s ( 5 ) e t a u s t r a l i e n s ( 6 ) i n d i q u e n t qu'un nombre suffisamment BlevS d e d i f f u s e u r s a s s u r e un h a u t degr'e d e d i f f u s i o n du s o n pour les h a u t e s fr6quences. D e p l u s , les d i f f u s e u r s t o u r n a n t s e t l e s 4 h a u t - p a r l e u r s augmentent a u s s i l a d i f f u s i o n , comme l ' o n t indiqu'e d e s t r a v a u x e f f e c t u ' e s a u CNRC
( 7 , 8 , 9 ) . E n f i n , l ' u t i l i s a t i o n d'un p e t i t d c h a n t i l l o n , d ' e n v i r o n 1 m 2 ( v o i r s e c t i o n 31, g a r a n t i s s a i t p r e s q u e l e mSme d e g r g d e d i f f u s i o n a v a n t e t apr'es l ' i n s e r t i o n de l ' a b s o r b a n t dans l a s a l l e , du moins dans l e s s a l l e s A, B e t C.
Toutes l e s mesures o n t 6 t 6 e f f e c t u 6 e s s u r deux 6 c h a n t i l l o n s a b s o r b a n t s d i f f d r e n t s .
Les dimensions d e s d c h a n t i l l o n s 6 t a i e n t 2 l t 6 c h e l l e 1:2,5 de l t 6 c h a n t i l l o n s t a n d a r d 2,44 m x 2,74 m. 11s m e s u r a i e n t donc 0 , 9 8 m x 1 , l m, c e q u i donne une a i r e de 1,07 m2.
Le premier d c h a n t i l l o n , ( I ) , d t a i t composd d'un panneau d e f i b r e d e v e r r e d ' u n e d p a i s s e u r d e 25 mm e t r e c o u v e r t d e t i s s u . La s u r f a c e s u p ' e r i e u r e d e l ' a b s o r b a n t 6 t a i t maintenue b une h a u t e u r de 160 mm au-dessus du s o l g r a c e b un c a d r e d e c o n t r e p l a q u d
I
13 mm, a s s u r a n t a i n s i une lame d ' a i r d e 135 mm e n t r e l e s o l e t l ' a b s o r b a n t (Montage El60 d ' a p r b s l a norme ASTM E795 ( 1 0 ) ) .
I
Le deuxisme g c h a n t i l l o n , (II), c o n s i s t a i t e n 100 mm d e f i b r e de v e r r e placi5e d i r e c t e m e n t s u r l e s o l e t entour'ee d'un c a d r e d e contreplaqu'e 1 3 mm d ' d p a i s s e u r (Montage El60 d ' a p r b s l a norme ASTM E795 ( 1 0 ) ) .Un ruban de caoutchouc a s s u r a i t l ' g t a n c h g i t i 5 e n t r e l e c a d r e e t l e s o l . c a u s e d e s e f f e t s d ' a i r e
trss
i m p o r t a n t s e t de l ' e m p l o i d ' d c h a n t i l l o n s s i p e t i t s , on a mesur'e d e s c o e f f i c i e n t s d ' a b s o r p t i o n a s s e z Slev'es.TECHNIQUES DE MESURE
Chaque s a l l e i 5 t a i t munie de 4 h a u t - p a r l e u r s a l i m e n t g s simultangment p a r d e s s o u r c e s autonomes d e b r u i t a l h t o i r e . Les c o u r b e s d e d ' e c r o i s s a n c e E t a i e n t
r e c u e i l l i e s p a r un a n a l y s e u r e n temps r g e l r e l i i 5 2 un mini-ordinateur. Les s i g n a u x reGus E t a i e n t sEpar'es e n bandes d e 113 d ' o c t a v e d e 100 Hz 2 10 kHz.
Le t a b l e a u 2 i n d i q u e l e nombre d e microphones, l e nombre d e p o s i t i o n s d e l ' d c h a n t i l l o n e t l e nombre t o t a l d e d ' e c r o i s s a n c e s analys'ees p a r E c h a n t i l l o n , d a n s chaque s a l l e . Les d d c r o i s s a n c e s o b t e n u e s 2 un microphone, h a b i t u e l l e m e n t 25, d t a i e n t a d d i t i o n n ' e e s d e f a s o n 2 o b t e n i r une c o u r b e p l u s r ' e g u l i k e e t une p e n t e a &t'e
c a l c u l g e .
L ' o r d i n a t e u r c a l c u l a i t a l o r s l e s p e n t e s d e s d r o i t e s s u r e n v i r o n 20 dB p a r l a msthode d e s moindres carr'es e t e n d g d u i s a i t les temps d e rSverbSration.
Tous l e s microphones e t l e s d c h a n t i l l o n s S t a i e n t p l a c g s dans l e s s a l l e s
conformSment 2 l a norme ASTM C423 ( 3 ) , s a u f d a n s q u e l q u e s c a s peu i m p o r t a n t s 03 il
g t a i t i m p o s s i b l e de l e f a i r e .
Tableau 2
D e t a i l s d e s mesures dans chaque s a l l e
Nombre d e Nombre Nombre t o t a l Nombre d e d & c r o i s s a n c e s d e p o s i t i o n s d e d ' e c r o i s s a n c e s S a l l e microphones p a r microphone de l ' d c h a n t i l l o n a n a l y s d e s
T o u t e s l e s mesures pour un d c h a n t i l l o n donn'e o n t dt'e e f f e c t u ' e e s l a m&me journ'ee dans chaque s a l l e . De p l u s , on a mesuri.5 l a t e m p g r a t u r e e t l'humiditi.5 d e chaque s a l l e s a n s a b s o r b a n t e t a v e c a b s o r b a n t dans d i f f ' e r e n t e s p o s i t i o n s . On a f a i t a u b e s o i n ,
d e s c o r r e c t i o n s pour t o u t changement, s e l o n l a norme ANSI S1.26 (11).
Les f i g u r e s 2 e t 3 donnent l e s r s s u l t a t s d e mesures e f f e c t u g e s s u r chaque k c h a n t i l l o n d a n s l e s 4 s a l l e s .
p r e m i s r e m e , l ' a n a l y s e s e d i v i s e e n 2 p a r t i e s . Pour l e s f r g q u e n c e s
s u p ' e r i e u r e s b l a f r s q u e n c e d e S c h r o e d e r d a n s l a s a l l e D, les r ' e s u l t a t s pour l e s 4
s a l l e s i n d i q u e n t une concordance r a i s o n n a b l e s i l ' o n t i e n t compte d e l a marge d ' e r r e u r .
P o u r t a n t , d ' a p r s s l e s r g s u l t a t s a u - d e s s o u s de 800 Hz, les c o e f f i c i e n t s
d ' a b s o r p t i o n mesur'es dans l a s a l l e D s o n t t o u t b f a i t d i f f ' e r e n t s d e ceux mesur'es d a n s
les a u t r e s s a l l e s e t ne s o n t donc pas v a l a b l e s .
Puisque l a s a l l e D e s t un modsle 2 l ' d c h e l l e 1:2,5 de l a s a l l e A, on
s ' a t t e n d r a i t b c e q u e l e s e f f e t s remarqu'es d a n s l a s a l l e D b u n e fr'equence donn'ee s e
p r o d u i s e n t dans l a s a l l e A 3 une frgquence 2,5 f o i s p l u s p e t i t e . A i n s i doit-on c o n c l u r e q u e pour l e s mesures i n f ' e r i e u r e s b 315 Hz, effectu'ees s e l o n l e s normes b
l ' k c h e l l e normale, l a s a l l e A s e r a e n di.5faut p a r r a p p o r t a u x s a l l e s p l u s grandes.
S A L L E D
1
~ ~ 1 1 ~ ~ l 1l 1~ l l ~ l l ~ l l-
-
---
S A L L E A----
S A L L E 0---
S A L L E CI
1 1 L 1 1 1 1 1 , 1 1 # 1 1 1 1 1 1 , F i g u r e 2 C o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n du s o n F i g u r e 3 C o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n du d e l ' k c h a n t i l l o n I dans l e s s o n d e l ' b c h a n t i l l o n 11 d a n s d i f f 6 r e n t e s s a l l e s l e s d i f f g r e n t e s salles3 V O L U M E DE L A S A L L E , m 3
V O L U M E DE L A S A L L E , m
F i g u r e 4 C o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n du s o n F i g u r e 5 C o e f f i c i e n t d ' a b s o r p t i o n du dans l e s 4 s a l l e s , 6 c h a n t i l l o n I s o n d a n s l e s 4 s a l l e s ,
k c h a n t i l l o n I1
Les f i g u r e s 4 e t 5 montrent l e s c o e f f i c i e n t s d ' a b s o r p t i o n e n f o n c t i o n du volume d e l a s a l l e . Les c o u r b e s i n d i q u e n t e n c o r e une f o i s , qu'au-dessus d e l a fr'equence d e Schroeder, il y a un bon a c c o r d e n t r e l e s 4 s a l l e s . Mais a u - d e s s o u s de c e t t e
fr'equence, i1 y a u n e r e l a t i o n p r e s q u e l i n ' e a i r e e n t r e l e s c o e f f i c i e n t s e t l e l o g a r i t h m e du volume.
D'apres l a norme ASTM C423, q u i u t i l i s e l ' b q u a t i o n de Sabine, il e s t p o s s i b l e d e mesurer l e s mgmes c o e f f i c i e n t s d a n s n ' i m p o r t e q u e l l e s a l l e r'everb'erante s i l e volume est s u p g r i e u r 5 85 m3, c e q u i e s t censS a s s u r e r un champ a c o u s t i q u e a s s e z d i f f u s . Cependant, les r ' e s u l t a t s d e n o t r e e t u d e n ' i n d i q u e n t p a s l e s m s m e s c o n c l u s i o n s . Puisque l e s volumes d e s s a l l e s r 6 v e r M r a n t e s t y p i q u e s s o n t compris e n t r e 200 m 3 e t
400 m3, l ' e f f e t du volume, quoique p e t i t , e x i s t e n h n m o i n s e t p o u r r a i t e x p l i q u e r e n
p a r t i e les & a r t s c o n s t a t e s e n t r e l e s l a b o r a t o i r e s dans les round-robins. C e t e f f e t , q u i semble c o n t r e d i r e l a t h 6 o r i e s i m p l e d e Sabine, r e q u i e r t
6videmment une e x p l i c a t i o n . T o u t e f o i s , 5 l ' b t a p e a c t u e l l e d e s r e c h e r c h e s , o n n e p e u t que s p 6 c u l e r . L ' e f f e t semble cependant l o g i q u e s i l ' o n c o n s i d s r e qu'un k c h a n t i l l o n ,
i
p e t i t p a r r a p p o r t 2 l a l o n g u e u r d ' u n e onde, p o s s u e d e s c o e f f i c i e n t s d ' a b s o r p t i o n p l u s E l e v e s que ceux d'un e c h a n t i l l o n p l u s grand. Cet agrandissement e s t c a u s e p a r l a d i f f r a c t i o n d e s ondes. P o u r t a n t , l o r s q u e p l u s i e u r s g c h a n t i l l o n s d e p e t i t e s dimensions s o n t r a n g e s l e s uns 3 c a t 6 d e s a u t r e s , l ' a g r a n d i s s e m e n t e s t beaucoupI moindre. S i l ' o n examine bri'evement l e s images a c o u s t i q u e s d ' u n S c h a n t i l l o n I c o n s t i t u g p a r l e s p a r o i s , on c o n s t a t e un rapprochement d e c e s images l o r s q u e l e
volume d e l a s a l l e e s t r ' e d u i t . Autrement d i t , l o r s q u e l ' a i r e d e l ' b c h a n t i l l o n s ' a p p r o c h e de c e l l e du p l a n c h e r , l e champs a c o u s t i q u e e s t f o r t e m e n t p e r t u r b 6 e t l a t h d o r i e s i m p l e n ' e s t a l o r s p l u s v a l a b l e .
11 serait IntSressant de voir si les rksultats des expkriences sembables
effectuses dans plusieurs laboratoires permettent de constater le meme effet. Cette t2che reste cependant 2 accomplir. En outre, les effets de plusieurs facteurs, y compris la grandeur et la vitesse de rotation des diffuseurs tournants et l'effet d'absorption ajout& 3 la salle "vide" (c.-5-d. sans 6chantillon) demeurent encore inconnus. En d6pit des normes existantes, i1 reste encore beaucoup 3 faire pour trouver des mgthodes permettant de mesurer correctement les coefficients d'absorption dans une salle ssverbgrante.
1. ASTM C423-81, "Standard Test Method for Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method", American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 1981.
2. International Standard IS0 354, "Measurement of Sound Absorption in a Reverberation Room", 1981.
3. Schroeder, M.R., Acustica
4,
p. 594, 1954-4. Schroeder, M.R., Kuttruff, K.H., J. Acoust. Soc. Am.
3
p. 76, 1962. 5. Makita, Y., Koyasu, M., Nagata, M., Kimura, S., "Investigations into thePrecision of Measurements of Sound Absorption Coefficients in a Reverberation Room. Part 1. The Third Round Robin Test and the Investigation of the
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