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Digeste de la construction au Canada, 1966-12
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L'insonorisation dans les édifices à bureaux
Digeste de la Construction au Canada
Division des recherches en construction, Conseil national de
recherches Canada
CBD 51F
L'Insonorisation dans les édifices à
bureaux
Publié à l'origine en décembre 1966 T.D. Northwood
Veuillez noter
Cette publication fait partie d'une série qui a cessé de paraître et qui est archivée en tant que référence historique. Pour savoir si l'information contenue est toujours applicable aux pratiques de construction actuelles, les lecteurs doivent prendre conseil auprès d'experts techniques et juridiques.
Quand deux ou plusieurs locataires distincts occupent le même bâtiment, l'insonorisation des locaux devient un facteur important dont il faut tenir compte lors de la conception des lieux. Les exigences en matière d'isolement acoustique varient selon les types d'occupants assemblés, mais certains genres de bâtiment ont des besoins généraux qu'il faut satisfaire. Un immeuble à bureaux multiples, par exemple, doit être conçu de manière a recevoir, au cours des années, toutes sortes de personnes dont les activités et les besoins en isolement acoustique sont différents. Le présent Digeste sera donc consacré aux immeubles à bureaux. Dans le Digeste no
10F figuraient quelques remarques préalables à propos de la transmission des bruits dans les bâtiments; nous nous proposons ici de traiter d'une façon plus détaillée la question de l'insonorisation des bureaux, particulièrement en ce qui concerne les cloisons.
Perception subjective du bruit
Le Digeste no 41Fexaminait d'une manière assez détaillée les réactions humaines au bruit; il
nous suffira ici d'exposer de nouveau les conclusions de ce digeste en ce qui concerne l'insonorisation des bureaux. Pour que nous percevions un bruit particulier, il faut non seulement que son intensité dépasse le seuil de perceptibilité, mais aussi qu'à l'intérieur de certaines gammes de fréquences son intensité dépasse celle des autres bruits environnants. En raison de la sensibilité de l'oreille et du spectre des fréquences des bruits habituels, les fréquences médianes (de 350 à 2500 Hertz (cycles par sec.) environ) sont habituellement les plus importantes.
On peut définir le bruit de fond ou bruit ambiant comme étant le bruit que l'on considère généralement comme faisant partie du milieu physique; il doit être de caractère suffisamment aléatoire et dénué de contenu significatif pour que l'on ne puisse en identifier une partie. Dans le cas présent, le bruit que nous faisons nous-mêmes, s'il est toujours présent, sera classé dans la catégorie des bruits de fond parce qu'il contribue à masquer les bruits importuns provenant des voisins les plus proches. Un problème plus sérieux se pose quand il n'y a que peu ou pas de bruit produit localement. Il y a deux types principaux de bruits dans les bureaux. Le premier
comprend le cliquetis des machines à écrire et autres sons plus ou moins indéfinissables qui sont supportables dans une atmosphère de bureau tant qu'ils n'y gênent pas les activités normales, telles les communications verbales. Cette catégorie, quand elle ne dépasse pas un niveau raisonnable, remplit un rôle utile en s'ajoutant au bruit de fond et en contribuant ainsi à masquer les bruits moins supportables.
Les conversations constituent l'attire genre de bruit le plus courant dans les bureaux. Quand on peut saisir des bribes ou la totalité des conversations qui proviennent d'un bureau voisin, la situation devient tout à fait désagréable. Vice versa, une personne qui parle peut se sentir mal à l'aise si elle sait qu'on peut saisir ses paroles du bureau voisin. Or, il est plus facile d'empêcher que les conversations soient intelligibles que de les rendre complètement inaudibles. De là vient le critère d'inintelligibilité des conversations que l'on peut définir comme étant l'ensemble des conditions selon lesquelles moins de 5% approximativement de la conversation peut être compris après transmission du son à travers les parois du bureau. Le niveau phonique des conversations dépend naturellement des interlocuteurs et de la distance qui les sépare; normalement, une personne doit parler plus fort quand ses auditeurs sont à une distance de 10 pieds que lorsqu'ils sont à une distance de 5 pieds. Lors de discussions autour d'une table de conférence le niveau phonique peut également s'élever plus que d'habitude.
Il s'ensuit que les occupants de grands bureaux collectifs où règne toujours un brouhaha d'activité ne seront probablement pas dérangés par les bruits provenant des locaux voisins. Le bruit des grands bureaux n'incommode pas non plus les gens qui occupent des bureaux individuels adjacents; ceux-ci se préoccupent plutôt du fait que leur conversation peut être entendue dans le bureau collectif. Un problème plus ardu se présente lorsqu'un local comprend plusieurs bureaux individuels où l'inintelligibilité des conversations doit être assurée. Dans ce local, le niveau de masque acoustique est peut être faible et les bureaux assez rapprochés; l'insonorisation dépendra du type de cloison préfabriquée et du genre de plafond acoustique suspendu qu'on utilisera. La pièce qui pose les problèmes les plus ardus est la salle de conférence, car dans celle-ci le niveau phonique sera peut-être plus élevé que d'habitude et la question traitée très confidentielle.
Classement des bruits
Un bruit petit être mesuré et exprimé de diverses façons (voir le Digeste 41F). Nous utiliserons dans le présent Digeste la famille des courbes de référence connues sous le nom de "Courbes de bruit tolérable" (Critère CB ou Noise Criteria NC). Le critère CB relatif à un bruit donné correspond à la plus haute courbe CB tangente à toute bande du spectre des fréquences du bruit. On ne tient quelquefois pas compte des petits dépassements du spectre du bruit vers les fréquences extrêmes, mais la courbe CB indique essentiellement le niveau maximum de bruits admissibles à chaque bande de fréquences.
Il est plus simple d'utiliser un sonomètre ordinaire reproduisant la courbe isosonique A pour mesurer le niveau sonique (A-weighted sound level). Le système de mesure sonique utilisant la courbe A donne approximativement la même évaluation relative des fréquences que les courbes CB, et pour la majorité des bruits qui se produisent dans les bureaux, y compris les conversations, les niveaux soniques évalués d'après la courbe A sont toujours conformes aux critères CB correspondants. Si l'on tient compte des autres variables intervenant dans le calcul prévisionnel des niveaux de bruit, il est peu probable qu'il se produise une erreur grave si l'on suppose que le critère CB a une valeur inférieure de 5 db à celle du niveau sonique évalué d'après la courbe A.
Comme le bruit de fond consiste habituellement en un assemblage fortuit de sons disparates, il est difficile de prédire sa nature. Dans les bâtiments où l'air est renouvelé par l'ouverture des fenêtres, ou dans tout bâtiment situé sur une artère achalandée, les bruits de la circulation peuvent constituer un facteur dominant. Dans les édifices à ventilation mécanique, le bruit de fond peut être dominé par le bruit des ventilateurs. De fait, il est possible de déterminer d'avance le niveau du bruit de fond en spécifiant le niveau maximum de bruit provenant des appareils de ventilation; si l'entrepreneur chargé de l'installation se trouve fortement en-dessous de la limite requise, il peut habituellement corriger cette erreur.
Il est naturellement important que le niveau sonique ambiant soit suffisamment faible pour permettre aux occupants de remplir leurs tâches d'une manière satisfaisante. Dans le présent Digeste, ce critère est habituellement basé sur les communications verbales. Les exigences peuvent varier selon que ces communications se font à une distance de 5 pieds et d'une manière intermittente ou de façon continue à une distance de 20 pieds, comme dans une grande salle de conférence.
Pour répondre à ces deux besoins celui de communications verbales à l'intérieur d'un bureau et celui de l'inintelligibilité de ces communications dans les locaux adjacents, le tableau noI indique
deux séries de critères de bruits utilisables dans les bureaux typiques. Dans la colonne no I
figurent les critères optimaux de bruit de fond désirables dans les locaux mentionnés. Ces critères sont en réalité les niveaux maximaux qui permettront de satisfaire aux exigences en matière de communications cations internes. On peut les utiliser dans les cahiers des charges concernant les systèmes de ventilation et autres installations mécaniques. Dans le présent Digeste, nous supposerons également que ces critères indiquent les niveaux minimaux selon lesquels on déterminera le degré d'insonorisation nécessaire pour arrêter les bruits importuns provenant des locaux adjacents. En général, cette deuxième hypothèse ne sera pas bien éloignée de la réalité; dans les maisons d'affaires, le problème consiste habituellement à atteindre un niveau sonique suffisamment faible.
Tableau I Niveaux bruits admissibles pour l'isolement acoustique des bureaux
I Bruit de fond optimum II Critère du bruit produit sur place 1 Bureaux administratifs;
utilisés pour les réunions de quelques personnes,
communications verbales jusqu'à une distance de 20 pieds. NC-30 Niveau phonique normal + 5 db 2 Petits bureaux individuels ou semi-individuels, communications verbales jusqu'à une distance de 10 pieds. NC-35 Niveau phonique normal 3 Salles de conférence contenant 50 places assises. NC-30 Niveau phonique normal + 10 db 4 Salles de conférence contenant 20 places assises. NC-35 Niveau phonique normal + 10 db 5 Salles de conférence contenant de 10 à 15 places assises. NC-35 Niveau phonique normal + 5 db 6 Bureaux collectifs,
salles de dessin, etc.; communications
NC-45 Niveau phonique
jusqu'à une distance de 6 pieds, utilisation du téléphone; bruit limité de machines de bureau. 7 Centraux dactylographiques, etc. où l'on se sert
d'appareils de bureau peu bruyants; communication intermittentes de 3 à 6 pieds de distance. NC-50 Niveau phonique normal + 5 db 8 Salles contenant de l'équipement commercial, quelques communications verbales à haute voix de 3 à 6 pieds de distance.
NC-55 NC-55 (formule
[3])
Dans la colonne noII figurent les niveaux hypothétiques maximaux de bruits admissibles quand
on calcule la transmission des bruits vers les locaux adjacents. Vous remarquerez qu'à l'exception de la dernière ligne du tableau no I, les chiffres donnés dans la colonne no II se rapportent à la
source (les interlocuteurs) plutôt qu'au niveau des bruits dans la pièce; ceci constitue le coefficient le plus commode pour les calculs que nous effectuerons plus tard. Comme le montre la dernière ligne du tableau noI, les bruits relativement indéfinissables, tel le bruit des appareils
de bureau, sont très facilement exprimés en niveaux soniques CB dans la pièce d'où proviennent les bruits.
Classification des ouvrages au point de vue de l'isolement acoustique
Pendant longtemps, l'indice d'isolement acoustique que l'on utilisait habituellement était simplement la moyenne des mesures d'affaiblissement acoustique à neuf fréquences différentes d'essai. L'inconvénient de cet indice était de ne pas accorder assez d'importance aux fréquences médianes, particulièrement pour les constructions modernes. Un système de classement récemment mis au point, la "classification par affaiblissement sonique pondéré" ("Sound Transmission Class", STC) de l'ASTM, corrige ce défaut. Ce système donne la prédominance aux fréquences médianes, lesquelles déterminent en grande partie l'intensité des sons-types et l'intelligibilité de la parole.
La figure no 1 explique le procédé utilisé pour déterminer la classe d'affaiblissement sonique
caractérisant une cloison donnée. Le tracé supérieur est la courbe réelle d'affaiblissement sonique pour une cloison-type légère. Le tracé inférieur est la courbe STC correspondante, appartenant à une famille de courbes aux segments parallèles; l'ordonnée du segment horizontal supérieur de la courbe STC exprime numériquement l'affaiblissement sonique. Il faut se servir de ces courbes selon les règles suivantes: aucune insuffisance qui placerait la courbe d'affaiblissement réel en-dessous du segment central de la courbe STC n'est tolérée; des insuffisances atteignant une moyenne de 1 db sont tolérées dans l'un ou dans les deux segments latéraux.
Figure 1. Affaiblissement sonique et classe d'affaiblissement sonique pondéré d'une, cloison type légère.
Le système de classement STC est maintenant d'un usage répandu et il servira de base à l'exposé suivant. En général, il concorde étroitement avec la classification par la moyenne des neuf fréquences de l'ASTM et on peut le remplacer par cette dernière en l'absence de critères STC. Evitez toutefois d'utiliser les autres "moyennes" basées sur des gammes de fréquences restreintes, car elles donnent habituellement des chiffres plus élevés. Méfiez-vous également des résultats d'essais qui ne sont pas conformes en tous points à la norme E90-61T de l'ASTM, "Recommended Practice for Laboratory Measurement of Airborne Sound Transmission Loss of Building Walls and Floors". Le rapport d'essai original est la seule source certaine où vous pouvez vérifier ces points.
Formules de calcul des cloisons
Dans cette section, on établira des formules pour la détermination de la classe d'affaiblissement sonique qui doit caractériser une cloison séparant deux des locaux décrits au tableau noI, quels
qu'ils soient. Comme les systèmes de classification employés n'utilisent que des approximations de grandeurs complexes, il serait peut-être bon de noter que dans un calcul typique, l'erreur serait petite en comparaison des variables introduites par la diversité des occupants et de leurs occupations quotidiennes.
Les formules suivantes ont été établies dans le but de déterminer la classe d'affaiblissement sonique qui doit caractériser une cloison séparant deux locaux. Si ces deux locaux ne sont pas utilisés de la même manière, il faudra généralement effectuer les calculs dans les deux sens de transmission des bruits et utiliser le critère STC le plus élevé auquel ces deux calculs permettent d'arriver.
Isolement sonique nécessaire entre deux locaux pour assurer le secret des conversations d'intensité phonique normale:
STC + CB = 86 + 10 log S - 10 log A1- 10 log A2(1)
où STC est la classe d'affaiblissement sonique caractérisant la cloison, CB le niveau de bruit de fond qui règne dans la pièce où la conversation pourrait être entendue (tableau noI, colonne no
I), S la superficie de l'aire de transmission de la cloison, A1et A2sont respectivement l'absorption
conversation. Les trois termes logarithmiques peuvent être déterminés à l'aide de la figure no2;
vous constaterez que vous n'avez besoin que de valeurs numériques approximatives de S, de A1
et de A2. On calcule l'absorptance en Sabins d'une pièce en additionnant les produits des aires
(en pieds carrés) par les coefficients d'absorption correspondants. Il suffit généralement d'employer une valeur suffisamment approchée, telle la superficie totale des aires absorbantes principales (matériaux acoustiques, tapis, rideaux) comme valeur numérique de A; il n'est pas nécessaire de tenir compte des aires absorbantes secondaires. Si les pièces en question ne comportent pas de matériaux absorbants, on peut estimer que cette valeur est équivalente à 10% de la superficie totale de la pièce.
Figure 2. Graphique permettant de déterminer les valeurs numériques de 10 log S, 10 log A, et 10 log A2(formules no. 1, 2 et 3).
Dans la formule no 1, on suppose que les communications verbales sont d'intensité phonique
normale; pour les niveaux phoniques plus élevés de conversation, qui sont indiqués dans la colonne no II du tableau no I, accroissez d'autant les conditions requises en matière d'isolement
acoustique. Isolement sonique nécessaire entre deux locaux pour rendre les conversations inaudibles:
STC + CB = 96 + 10 log S -10 log A1- 10 log A2(2)
Le niveau sonique permettant d'assurer l'inintelligibilité est inférieur d'environ 10 db au niveau sonique d'inaudibilité; voilà pourquoi le premier terme de la formule (2) est 96 et que celui de la formule (1) est 86. Comme dans les cas précédents, il faudra accroître les exigences en matière d'isolement acoustique quand le niveau phonique des conversations sera plus élevé.
Impossibilité d'entendre les conversations entre deux locaux où règne un niveau de bruit donné: STC = (CB)1- (CB)2+ 10 log S - 10 log A2(3)
Dans cette formule, (CB)1est le niveau maximal de bruit dans la pièce où se tient la conversation
(source) et (CB)2 est le niveau ambiant minimal dans la pièce d'où l'on peut entendre la
conversation.
Exemple - Calculez les éléments d'une cloison dans le but d'assurer l'inintelligibilité des
conversations entre les deux pièces suivantes: (a) une salle de conférence qui contient 50 places assises et dont les dimensions sont les suivantes: 20 pi. de largeur, 30 pi. de longueur et 10 pi. de hauteur. Cette salle comporte 300 pieds carrés de matériaux absorbants. (b) Un bureau individuel de 20 pi. de longueur, 12 pi. de largeur et 10 pi. de hauteur, entièrement muni d'un plafond acoustique; la cloison qui les sépare mesure 20 pi. sur 10 pi.
Solution - Etudions la transmission sonique de (a) à (b). Au tableau noI nous trouvons CB = 35
(dans un bureau); le niveau acoustique de la conversation qui provient de la salle de conférence dépasse de 10 db le niveau normal; S = 200 pi. carrés; A1= 300 Sabins; A2= 240 Sabins. En
utilisant le graphique de la figure no 2 pour calculer les termes S, A1et A2, la formule (1) devient
(en ajoutant 10 db au premier terme pour tenir compte du niveau phonique élevé de la conversation):
STC + 35 = 96 + 23 - 25 - 24, soit STC = 35.
Un envisageant la transmission dans la direction opposée, on trouve CB = 30 (pour la salle de conférence) et le niveau phonique de la conversation est normal (pour le bureau individuel). A1
et A2 sont interchangés mais ce fait ne modifie pas le résultat. En introduisant les valeurs
numériques dans la formule (1), on obtient: STC + 30 = 86 + 23 - 24 - 25, soit
STC = 30.
Par conséquent, la première valeur numérique STC = 35, est celle dont il faudra tenir compte. Pour en arriver à l'inaudibilité, il faudrait utiliser la formule no2 qui conduirait à un critère de STC
= 45.
Isolement de l'espace situé au-dessus du plafond suspendu
Un des problèmes courants qui se posent dans l'insonorisation découle de l'association d'un plafond acoustique suspendu à des cloisons qui se terminent à son niveau. Dans une installation de ce genre, le son peut être transmis à travers le plafond suspendu jusque dans l'espace situé entre le plafond et le plancher, puis par cet espace il passe au-dessus de la cloison et ensuite retraverse le plafond suspendu pour se transmettre dans le local adjacent. Vous remarquerez que les surfaces du plafond n'influent pas sur le mode de transmission d'une manière simple; la transmission est la plus grande par les aires situées près de la cloison et elle décroît progressivement au fur et à mesure que les aires en sont plus éloignées.
Aux États-Unis, l'Acoustical Materials Association a mis au point un indice AMA permettant de classer logiquement les types de plafonds, mais les "indices d'atténuation" obtenus de cette façon ne peuvent être directement utilisés pour l'établissement des plans. On a toutefois constaté que, pour la plupart des plafonds acoustiques, l'indice d'atténuation à 350 Hertz était numériquement presque équivalent à la classe d'affaiblissement sonique du système. Quand on peut obtenir les indices d'atténuation AMA, il est possible d'en déduire les critères STC correspondants entrant dans les formules (1), (2) ou (3) (en considérant que la surface de transmission S est équivalente à la surface de l'espace situé entre plafond et faux-plafond au-dessus de la cloison). Si l'on dispose des coefficients habituels d'affaiblissement sonique, on peut en déduire prudemment un critère STC de l'ensemble, qui serait équivalent au double du critère STC d'un seul plafond. Ces valeurs ne tiennent pas compte de l'absorption qui se produit dans l'espace plafond-faux plafond, et qui contribue à l'atténuation sonique.
Les critères STC calculés ainsi, d'une part pour la cloison et d'autre part pour le plafond, ne sont pas tout à fait suffisants, quand les deux éléments sont associés; la puissance sonique transmise serait alors double du maximum admissible. Chaque élément doit au moins atteindre la classe STC calculée, et l'un des deux ou tous deux doivent avoir des caractéristiques d'une classe supérieure. Quantitativement, l'ensemble doit bénéficier de caractéristiques supérieures d'environ 6 db à la somme des valeurs obtenues au moyen de calculs indépendants.
Si l'on ne dispose pas de renseignements suffisants pour le calcul, une autre manière d'aborder le problème serait de demander à l'entrepreneur ou au fournisseur de construire deux pièces qui serviraient aux essais: on pourrait alors déterminer leur comportement acoustique réel. Dans tous les cas, une telle méthode est très utile car elle permet de s'assurer que l'efficacité des composants individuels ne sera pas diminuée par leur assemblage.
Les portes
Les portes constituent un pont acoustique important dans un mur bien isolé. Les coefficients d'affaiblissement sonique STC des portes pleines s'échelonnent de 15 pour une porte battante ayant du jeu tout autour, jusqu'à 27 pour la même porte si elle est hermétiquement fermée au moyen de garnitures d'étanchéité ou si elle est munie de bourrelets tout autour. Une installation plus répandue, munie de languettes d'arrêt sur trois côtés mais dépourvue de garnitures d'étanchéité, possède un coefficient d'affaiblissement sonique STC d'environ 20. Pour déterminer le coefficient STC applicable à une porte seule (dans un mur parfaitement isolé), il faut utiliser la formule appropriée, comme ci-dessus, en considérant que le terme S est équivalent à la surface occupée par la porte. Les résultats concernant l'ensemble porte et mur doivent être pondérés,
comme dans le cas de l'ensemble mur-plafond. Les autres défauts des cloisons, tels les trous ou les fentes, peuvent également être étudiés de la même façon.
