ACOUSTIQUE DU BATIMENT

ACOUSTIQUE DU BATIMENT

1. Le phénomène acoustique

1.1.Nature vibratoire du son

Lorsqu’un diapason reçoit une légère impulsion, il provoque chez un individu l’éveil d’une sensation sonore. Cette sensation est provoquée par la mise en vibration du diapason car lorsque ses branches sont immobilisées, celle-ci disparaît.

D’autres expériences similaires permettent d’affirmer qu’un son est produit par un corps animé d’un mouvement vibratoire.

Le corps vibrant est appelé « source sonore » et peut être solide (ex : haut-parleur) mais aussi liquide (régimes d’écoulements spécifiques) ou gazeux (tuyaux sonores).

1.2.L’onde acoustique

Le son est une sensation auditive engendrée par une onde acoustique. Tout corps vibrant dans l'air émet un son. Cette vibration est transmise à l’air ou à tout autre milieu matériel sous forme d'ondes de compression et de dépression.

Formation d’une onde acoustique

Position initiale (repos) Corps vibrant

Milieu matériel

Déplacement vers l’avant Zone comprimée

Déplacement vers l’arrière Zone dilatée

Vibration entretenue Oscillation Alternance de zones comprimées et dilatées

Propagation des ondes comprimées et dilatées Oscillation

La propagation de l’onde acoustique correspond à un déplacement longitudinal des zones comprimées et dilatées et non à un déplacement de particules matérielles : celles-ci sont uniquement mises en vibration autour de leur position d’équilibre.



La vitesse de propagation de l'onde acoustique c est une caractéristique du milieu dans lequel ces ondes se propagent :

o

c = 50 m/s pour le caoutchouc

o

c = 5000 m/s pour l’acier



La vitesse de propagation du son dans l’air est donnée par la formule de Laplace :

0 0



 P c  

avec : γ = 1,4 constante des gaz parfaits P0 = pression atmosphérique ρ0 = masse volumique de l’air,

101325 29 273

,

1 ⁰

0

P T 





 (loi de Mariotte)

Pour des températures proches de 20°C, on peut utiliser la formule simplifiée :

T

c  331 , 4  0 , 607 

( T en °C )



La vitesse de vibration des particules autour de leur position d’équilibre est notée v(t).

La propagation du mouvement vibratoire correspond à un transport d’énergie. Au cours de ce transfert une part de cette énergie est dissipée sous forme de chaleur et entraîne une baisse progressive de l’amplitude de la vibration.

2. Caractéristiques d’un son

Les caractéristiques du mouvement vibratoire sont primordiales car elles déterminent les particularités de la sensation sonore engendrée :

Caractéristiques de la vibration Sensations sonores

Amplitude du mouvement = Intensité sonore (son fort / son faible)

Nature du mouvement = Timbre (son pur ou composé)

Fréquence de la vibration = Hauteur ( aigu ou grave)

2.1.Le son pur

En un point, sous l'action d'une onde acoustique, la pression de l'air P(t) fluctue autour d'une pression d'équilibre: la pression atmosphérique (Patm).

La pression acoustique p(t) est la différence entre la pression atmosphérique et la pression de l'air en présence d'ondes sonores :

p(t) = P(t) – P

atm



Pour un son pur p(t) s’exprime de la manière suivante :

p(t) = p

m

.sin(w.t)



La vitesse particulaire v(t) est liée à p(t) par l’impédance Z :

) (

) (

t v

t

Z  p

Un son pur est défini par :

 La fréquence f

o

Le nombre de fluctuations par seconde est la fréquence. Elle s'exprime en hertz (Hz) et se note f. La fréquence d'un son est la même que la fréquence de vibration de la source émettrice.

o f = 1 / T

o

La pulsation est définie par

  2  f

o

Vitesse du son et fréquence sont liées par la longueur d’onde  cT ^ou

c    f

 La pression efficace p

eff

o Pour créer des sons, la source libère une certaine quantité d'énergie qui se répartit sur les ondes acoustiques. On caractérise une source sonore par sa puissance acoustique. La pression acoustique en un point, dépend de la puissance de la source, de la distance de la source au récepteur et des caractéristiques acoustiques du local dans lequel se trouve cette source.

o

L’oreille est sensible à la variation de la pression efficace peff définie par :

 



²

1

) 1 (

2

1

2

2

t

t

eff

p t dt

t p t

Pression acoustique : p(t)

Patm

temps en s

Zone de pression

Zone de dépression

Période T

Variation de la pression acoustique en un point

Pression P

2.2.Niveaux sonores

2.2.1. Niveau de pression

D'une manière générale, on évalue la force d'un bruit en fonction de la pression acoustique.



l’oreille humaine est sensible à des variations de pressions allant de p0 = 2.10^-5 pascal (valeur de référence) à 20 pascal.

 l’augmentation de l’intensité acoustique subjective est la même quand la pression acoustique varie de 1 à 2 Pa ou entre 0,001 et 0,002 Pa.

 la loi physiologique de Weber-Fechner indique que la sensation auditive est proportionnelle au logarithme de l'excitation pour les fréquences moyennes.

Ainsi, pour mesurer le niveau sonore, les acousticiens utilisent le niveau de pression acoustique noté LP

exprimé en décibel (dB).

Il est défini par la relation suivante:

20 2

10 p

Log p

Lp 

^{eff (dB)}

o

^peff est la pression efficace en pascal

o

^p0, la pression de référence égale à 2.10^-5 pascal.

2.2.2. Niveau d’intensité

Par définition, l’intensité acoustique est la quantité d’énergie qui traverse une surface unitaire normale à la direction de la propagation de l’onde acoustique, par unité de temps :

 ^

 



²

1

) ( ) 1 (

1 2

t

t

dt t v t t p

I t

^{(en W/m2)}

Le niveau d’intensité acoustique LI est défini par :

0

10 I

Log I

L

_I



^(dB)

o

I0 est la valeur minimale perceptible à 1000Hz : I0 = 10^-12 W/m2

o

LI = LP (dans l’air)



Remarque:

Z I p

^eff



2

2.2.3. Niveau de puissance acoustique :

Le niveau de puissance acoustique Lw caractérise la puissance d’une source sonore.

10 W

Log W

L

_W



^(dB)

3. Le bruit

Un bruit est le mélange complexe de sons de fréquences différentes.

3.1. Analyse d'un bruit

La reconnaissance d'un bruit passe donc par son analyse, c’est-à-dire le repérage des fréquences le composant en les cotant suivant le niveau de pression acoustique.

La traduction graphique de cette analyse est le spectre d’un bruit.

Niveaux sonores à 10 m de la circulation

40 45 50 55 60 65 70 75 80

32 63 125

250

500

1000

2000

4000

8000 fréquence en HZ Lp (Db)

trafic urbain autoroute

exemple de spectres de bruits routiers

3.2.Bande de fréquence / Octave

Une analyse du niveau de pression acoustique se pratique par bandes d'une octave ou d'un tiers d'octave.

L'octave est par définition une bande de fréquences :

 limitée inférieurement par f1 et supérieurement par f2

 désignée par sa fréquence médiane fm telle que

fm  f 1  f 2

 Une bande d'octave peut se diviser en trois bandes de tiers d'octave.

Dans le bâtiment, on s'intéresse généralement aux fréquences comprises entre la bande d'octave centrée sur 63 Hz et celle centrée sur 4 000 Hz.

trafic urbain

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

63 125 250 500 1000 2000 4000 octave (Hz)

Lp (Db) autoroute

60 65 70 75 80

63 125 250 500 1000 2000 4000 octave (Hz) Lp (dB)

3.3.Exemples de niveaux sonores.

Pression en

Pa Intensité

en dB Impression Conversation Exemple

100 140 destruction de l'oreille impossible usines bruyantes

10 120 supportable un court instant idem idem

1 95 très pénible en criant idem

0,1 75 supportable difficile télévision

0,01 55 bruit courant normale appartement en ville

0,001 35 calme chuchotée brousse

0,0001 15 très calme idem studio

0,00002 0 silence anormal idem laboratoire d'acoustique

3.4.Composition de niveaux sonores

 Lorsque plusieurs sources de bruit engendrent en un point des pressions acoustiques, les carrés des pressions efficaces s’ajoutent :







ⁿ

i eff

eff

p i

p

1 2

2

( )

 Le niveau de pression global résultant s’obtient donc par la formule suivante :

 

 



  

 n i

Lpi total

P

Log

L

1

10

10

/

10

 Soient Lp1 et Lp2 les niveaux de pression acoustique de deux sources sonores :

o

Si les deux sources produisent la même pression acoustique, LP1 =LP2 alors :

L

P1

=L

P2

L

Ptotal

= L

P1

+ 3dB

o

Si les deux sources ne produisent pas le même niveau sonore au point d'écoute, on peut alors calculer le niveau LPtotal, par les formules suivantes :

ΔL = L

Psup

- L

Pinf

L

Ptotal

= L

Psup

+ K(dB)

ΔL (dB)

^{0 0.5 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 15 20}

K (dB)

3 2.8 2.5 2.3 2.1 1.8 1.5 1.2 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.1 0.04

3.5.Comportement de l’oreille.

L'oreille transforme les pressions acoustiques reçues en sensations auditives. Elle ne perçoit pas de la même façon toutes les fréquences.

L’oreille humaine perçoit des sons dont la fréquence varie de 20 Hz (graves) à 15000 Hz (aigus) mais réglementation et essais ne prennent en compte que les fréquences de 100 à 5000 Hz, regroupées en 6 bandes d’octaves centrées sur 125, 250, 500, 1000, 2000 et 4000 Hz. Au-delà de 5000 Hz, les fréquences aiguës sont facilement interceptées par les parois.

INFRASONS GRAVES MEDIUMS AIGUËS ULTRASONS

20 Hz 400 Hz 1500 Hz 15000 Hz

AUDIBILITE

 Si une oreille perçoit un son de 40 dB à 1000 Hz, elle aura la même sensation auditive en percevant un son de 60 dB à 63 Hz.

 Afin de réaliser une mesure représentative du niveau physiologique à l'aide d'appareils électroniques il est nécessaire d'introduire une correction qui reproduit sensiblement les courbes d'égale sensation de l'oreille. Les courbes représentant les corrections apportées par les filtres, en fonction des fréquences, sont appelées courbes de pondération.

 La principale est la courbe de pondération A correspondant au comportement de l'oreille pour des niveaux sonores compris entre 0 et 55 dB. Le niveau mesuré s’exprime alors en décibel A noté dB(A).

Correction physiologique dB(A)

-38

-26,2

-16,1

-8,6

-3,2 0 1 1,1 -1

-50 -40 -30 -20 -10 0 10

31 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

fréquence en HZ Lp (Db)

 Valeurs de la pondération A :

fréquence (Hz) 31 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

correction (dB) -38 -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 1 1,1 -1

 Pour obtenir un niveau un niveau global en dB(A) il faut faire la somme des niveaux pondérés

3.6.Spectres de bruit de référence

Le comportement d’un matériau ou d’un élément de construction à une onde acoustique dépend du spectre sonore émis.

Il est, de ce fait, nécessaire de définir des spectres de bruit de référence permettant des comparaisons de différents produits installés dans différentes configurations

Dans le bâtiment, deux types de bruits ont été définis:



Le bruit rose concerne principalement l'intérieur des bâtiments. Le niveau sonore est le même dans chaque bande d'octave.



Le bruit routier simule les bruits émis par le trafic routier. Il sert généralement à qualifier les produits mis en œuvre pour protéger les bâtiments des bruits de l'espace extérieur. Le spectre du bruit routier a des niveaux plus élevés dans les fréquences graves que celui du bruit rose.

Spectre d’un bruit rose de niveau 70 dB(A) bruit rose

0 10 20 30 40 50 60 70

125 250 500 1000 2000 4000 octave (Hz) Lp (Db)

Spectre d’un bruit routier de niveau 70 dB(A) bruit routier

0 10 20 30 40 50 60 70 80

125 250 500 1000 2000 4000 octave (Hz) Lp (Db)

L'appellation bruit rose et bruit routier ne rend compte que de la forme du spectre, ils peuvent prendre différentes valeurs de niveaux sonores.

Remarque: on utilise une source de bruit rose pour la protection contre les bruits du trafic aérien et une source de bruit routier contre ceux du trafic ferroviaire.

Pour déterminer les performances acoustiques de produits d'isolation, des mesures sont faites en laboratoire donnant l'indice d'affaiblissement acoustique R.

Les procès-verbaux de laboratoire présentent, d'une part, sous forme d'une courbe, les résultats obtenus dans chaque bande de tiers d'octave comprise entre 100 et 5 000 Hz et d'autre part, la valeur de l'indice global en dB pour un spectre de bruit rose ou de bruit routier à l'émission. Selon le type de bruit émis, rose ou routier, le résultat de R en dB est différent, alors que les courbes d'indice d'affaiblissement acoustique en fonction de la fréquence sont les mêmes dans les deux cas (Par exemple, une glace de 6 mm d'épaisseur donne un R=35 dB au bruit rose et un R=32 dB au bruit routier).

3.7.Bruits aériens et bruits solidiens

On appelle bruit aérien le bruit produit par une source sonore dont toute l’énergie est transmise uniquement à l’air qui l’entoure: c’est le cas de la voix, d’une sirène, d’un avion.

Pour un bruit solidien les vibrations sont au départ créées sur ou dans les solides. Elles se transmettent directement par la structure du bâtiment. Ce sont les bruits de choc ou encore certains bruits d'équipement du bâtiment.

4. Propagation des bruits.

Ce chapitre traite de la détermination du niveau de pression s’exerçant dans un espace exposé à une source sonore.

Deux cas sont distingués :

 La propagation en espace libre

 La propagation en espace clos

Les calculs sont menés selon le schéma suivant :



LI est calculé à partir de

dS I  dW



LP est calculé à partir de LI (LP = LI )

4.1.Propagation en espace libre.

4.1.1. Source ponctuelle omnidirectionnelle

En un point P situé à la distance r d’une source de puissance W, l’intensité acoustique est :

4 r

2

I

_r

W

 

4.1.2. Source ponctuelle directionnelle

 La directivité de la source est représentée par un facteur Q(θ,φ) (exemple : si la diffusion est hémisphérique, Q = 2 )

 En un point P situé à la distance r d’une source de puissance W, l’intensité acoustique est :

4

2

) , (

r W I

_r

Q



   



Le niveau d’intensité est :

4

2

) , 10 (

r Log Q L

L

_{I W}

 

  

4.1.3. Ligne de sources ponctuelles

Ce cas correspond à celui d’une voie routière à forte circulation

 Soit W la puissance sonore par unité de longueur

 Pour le point P est situé à la distance d de la ligne de source, le niveau d’intensité acoustique s’exprime par :

6

10 



 L Logd L

_{I W}

(cette relation est valable si la ligne est vue sous un angle de Π radians depuis le point P)

4.1.4. Atténuation atmosphérique

 En un point P situé à la distance r d’une source de puissance W, l’intensité acoustique est :

mr

r

r

W

I Q 

^



  exp

4 ) , (

2





avec m coefficient d’absorption atmosphérique

 Le niveau d’intensité est :

r r Log Q L

L

_{I W}



_m



 

   

4

2

) , 10 (

avec αm = 4,34xm coefficient d’atténuation atmosphérique en dB/m

4.1.5. Atténuation due aux écrans

Le principe du calcul de l’atténuation due aux écrans repose sur la théorie de la diffraction de l’onde acoustique.



Soit λ la longueur d’onde du son considéré

 Soit δ la différence de trajet Source / Récepteur entre le chemin d’une onde avec et sans l’écran



N, le nombre de Fresnel est défini par





 2 N

δ = (A+B) - d

Effet d’un écran sur le champ acoustique en R

Sous certaines conditions restrictives, l’atténuation peut être calculé par :

 Pour N>1 , ΔL = 13 + 10 Log N

 Pour 0,1 < N < 1 , ΔL = 13 + 5 Log N

4.2.Propagation en espace clos

On considère une salle de volume V et dont la somme des surfaces de parois intérieures est S.

En espace clos, un champ réverbéré, défini par IR se superpose au champ direct défini par ID

Trajets acoustiques dans un local

4.2.1. Intensité directe

4 r

2

W I

_D

Q



 

4.2.2. Intensité réverbérée

Dans une salle réverbérante, au contact d'une paroi, l’énergie acoustique incidente Ei se transforme en:

o Energie réfléchie Er,

o Energie absorbée Ea (qu'on traite par la correction acoustique)

 α est le coefficient d’absorption moyen du local considéré : α = Ea / Ei



le libre parcours moyen Lm d’une onde entre deux réflexions est statistiquement égal à

S Lm 4 V





par hypothèse, le champ réverbéré est diffus et constant, c’est-à-dire que la densité d’énergie acoustique DR est uniforme dans le local.

Le bilan énergétique entre la production de la source sonore et l’absorption des parois sur un intervalle de temps conduit à l’expression suivante:

R W S

I

_R

 4 W  ( 1  )  4





où R est la constante de salle,







 

1

R S

4.2.3. Niveau de pression acoustique global

R

D

I

I

I   



 



 

 

 

 

 

R r W Q

R W r

W

I Q 4

4 4

4

^{2 2}

 

 



 

 

 r R

Log Q L

L

_{I W}

4

10 4

₂

5. Théorie de la réverbération

La réverbération est la superposition de l'onde sonore directe et des ondes réfléchies arrivant successivement au point d'écoute. Les parois des obstacles rencontrés (murs, mobiliers, personnes, etc.) absorbent une partie de l'énergie acoustique émise, ce qui constitue la raison majeure de l’affaiblissement des ondes sonores.

La maîtrise de la réverbération d’un local par la correction acoustique réduit le niveau sonore d’un bruit émis dans ce même local ou améliore les qualités d'écoute du local.

5.1.Temps de réverbération d’un local

Lorsqu'on coupe brutalement l'émission d'une source sonore dans un local fermé, on constate que le son ne s'éteint que progressivement: on dit qu'il y a traînage. Il faut un certain temps pour que l'énergie acoustique emmagasinée dans le local se dissipe, du fait des réflexions sur les parois (phénomène de réverbération).

La durée de réverbération est d'autant plus longue que:

 les parois ou leurs revêtements sont peu absorbants;

 les surfaces traitées sont petites;

 le volume du local est grand (c'est-à-dire que la distance moyenne à parcourir entre chaque réflexion, appelée libre parcours moyen, est grande).

Par définition, la durée de réverbération correspond au temps nécessaire pour qu'après l'arrêt d'une source sonore, l'intensité acoustique décroisse de 60 dB.

Définition du temps de réverbération Tr

Elle se note Tr et s'exprime en secondes.

5.2.Formule de Eyring

   





 

1 ln

161 , 0 S Tr V

V : volume du local

S : surface totale des parois du local

α : coefficient d’absorption moyen des parois

5.3.Formule de Sabine

A partir de nombreux résultats expérimentaux, Sabine a proposé en 1895 une formule permettant de calculer la durée de réverbération:

A Tr  0 , 16  V

V : volume du local

A = Sxα : surface d’absorption équivalente du local S : surface totale des parois du local

α : coefficient d’absorption moyen des parois

Remarque : la formule de sabine est réservée aux petites valeurs de α. (dans ce cas les deux formules sont équivalentes).

5.4.Temps de réverbération optimal

Selon la destination des locaux, des durées de réverbération optimales sont données (exigences ou recommandations). On retiendra, pour exemple, que Tr est proche de 8 s dans une église, de 1 à 3 s dans les salles de concerts et auditoriums, de 0,8 s dans les salles de classe et de 0,5 s dans les pièces des logements.

Pour les locaux dont le volume est compris entre 100 et 1000 m3, la valeur optimale du temps de réverbération est donnée par la relation suivante :

3 /

163

1

,

0 V

Tr

_opt

 

5.5.Les différents types de matériaux absorbants

5.5.1. Les matériaux poreux :

Les matériaux fibreux ou poreux présentent des pores ouverts de dimensions variables. L’onde acoustique peut facilement pénétrer dans ces pores et perdre une certaine quantité d’énergie sous forme de chaleur.

Les fréquences élevées sont les plus absorbées.

Matelas poreux :

Bonne absorption des sons aigus mais faible absorption des sons graves.

Matelas poreux recouvert d’un panneau perforé : il améliore l’absorption des basses fréquences mais atténue celle des sons aigus (perforations > 12% de la surface)

5.5.2. Les membranes :

Les ondes acoustiques peuvent mettre en vibration une plaque mince (placée à une distance d d’une paroi support) et perdre ainsi une partie de leur énergie.

Une membrane ainsi constituée a une fréquence de résonance donnée par la relation :

d f

_r

m

 600 

avec

m : masse surfacique de la plaque d : épaisseur du vide d’air en cm L’absorption se fait essentiellement au voisinage de cette fréquence.

Membrane, panneau pouvant osciller : c’est l’absorbeur type des basses fréquences (performances améliorées par le positionnement d’un absorbant poreux derrière le panneau).

5.5.3. Les panneaux rainurés :

Panneau acoustique à trous ou rainures : à cause de la diffraction, le coefficient d’absorption peut dépasser 1 à certaines fréquences.

5.5.4. Les résonateurs :

Un résonateur est schématiquement représenté par un petit volume V relié au local par un goulot de section S et de longueur L :

La fréquence de résonance de ce type de système est donné par la relation suivante :

L V f_r S

54 

Résonateur :

absorbant très sélectif en fréquence.

5.6.Valeurs de coefficients d’absorption

Coefficient  de quelques revêtements de surface courants :

125 250 500 1000 2000 4000

Matériaux :

 Béton 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04

 Plâtre 0.02 0.03 0.04 0.05 0.03 0.03

 Plâtre peint 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04

 Verre 3mm 0.08 0.04 0.03 0.03 0.02 0.02



Laine de verre collée 40mm,

70kg/m³ 0.29 0.52 0.69 0.89 0.96 0.97



Polyuréthane 30mm, 30kg/m³ 0.03 0.15 0.48 0.65 0.82 0.81

Doublage de mur par placage de bois :

 Membrane de 5mm placée à 50

mm 0.47 0.34 0.26 0.11 0.08 0.08

 Membrane de 5mm placée à 50 mm revêtue d’un non-tissé de 2mm

0.47 0.34 0.26 0.15 0.20 0.32

 Membrane de 8mm placée à 30

mm 0.25 0.22 0.04 0.03 0.03 0.08

S

V

L

 Membrane de 10mm placée à 100 mm revêtue d’un non-tissé de 2mm

0.34 0.26 0.12 0.12 0.20 0.32

 Membrane de 16mm placée à 50

mm 0.18 0.12 0.10 0.09 0.08 0.07

Revêtements de sol :

 Parquet bois collé 0.04 0.04 0.05 0.06 0.06 0.06

 Parquet bois sur lambourde 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.06

 Moquette bouclée 4 mm 0.01 0.03 0.05 0.11 0.32 0.66

 Moquette sur thibaude 0.15 0.25 0.50 0.5 0.4 0.4

 PVC sur sous-couche 5mm 0.02 0.09 0.31 0.12 0.06 0.03

Rideaux épais et plissés en

velours 0.14 0.35 0.55 0.72 0.70 0.65

Coefficient  d’une surface occupée par

des personnes assises 0.6 0.74 0.88 0.96 0.93 0.85

6. Isolement aux bruits aériens

La transmission des bruits aériens extérieurs à un local vers l’intérieur de ce local est souvent associé à une gêne, et la réglementation acoustique impose le respect de valeurs minimales d’isolement aux bruits.

Deux paramètres sont primordiaux pour prévoir l’isolation phonique d’un local :

 L’indice d’affaiblissement des parois : R

 L’isolement du local : D

6.1.Indice d’affaiblissement d’une paroi R

6.1.1. Définition de l’indice d’affaiblissement R

On caractérise la performance d’isolement acoustique d’une paroi par son facteur de transmission τ qui est le rapport entre la puissance acoustique incidente reçue par la paroi et la puissance acoustique transmise par la paroi.

Wi

 Wt



L’indice d’affaiblissement R d’une paroi est défini par la relation :



10Log 1

R 

6.1.2. Mesure de R

La mesure de R ne peut se faire qu’en laboratoire entre deux locaux réverbérants parfaitement désolidarisés :

Schéma d’une cellule d’essai

La valeur de R est obtenue au moyen de la relation suivante :

A Log Sp L

L

R 

_E



_R

 10

avec : Sp surface de la paroi testée

A : aire d’absorption du local de reception

6.1.3. Indice d’affaiblissement R d’une paroi composite :

Une paroi composée de n éléments de surface Si et d’indice d’affaiblissement Ri aura l’indice d’affaiblissement moyen Rm défini par :

 

_^























n 

Ri n

Si Si Log

Rm

1

10 / 1

10 10

6.2.Isolement acoustique d’un local

6.2.1. Isolement brut Db

Soit LE et LR les niveaux de l'intensité moyen des bruits respectivement dans le local émission et dans le local réception. L'isolement acoustique brut Db est défini par la différence arithmétique :

R

E

L

L Db  

L'expérience montrant que Db est indépendant de la puissance de la source, mais qu'il varie avec forme du spectre du bruit émis, les mesures se font par bandes de fréquences (octaves ou tiers d'octave).

L

E

L

R

A : aire d’absorption

S

p

L'isolement brut Db est une mesure informant la situation réelle d'écoute, dans des conditions données.

Il ne présente aucune correction et intéresse donc l'ensemble des facteurs qui caractérisent ces conditions.

En particulier, Db dépend de la sonorité du local réception à un certain moment. Cette sonorité, qu'exprime la mesure de la durée de réverbération du local à différentes fréquences, dépend du pouvoir absorbant des parois du local (et des objets qu'il contient).

Comme on effectue souvent les mesures d'isolement dans des locaux vides, il faut pouvoir en déduire l'isolement correspondant à un local normalement meublé.

Il faut donc définir un nouvel isolement, qui réponde à une durée de réverbération unique de référence notée T0 pour tous les locaux, soit en matière d'habitat T0 = 0,5s , quelle que soit la fréquence (situation ordinaire d'un local normalement meublé).

Cet isolement est appelé isolement normalisé Dn

6.2.2. Isolement normalisé Dn

Comme LR augmente quand le pouvoir absorbant des parois diminue, Db diminue avec ce dernier;

puisque la durée de réverbération varie en sens contraire du pouvoir absorbant, Db décroît quand le Tr du local croît. Si l'on admet que la relation entre Tr et l'intensité du son est linéaire, la correction apportée à LR, pour simuler la situation d'un local normalement meublé, sera telle que:

0

10 T

Log Tr Db

Dn  

6.3.Relation entre R et Dn

En France, dans le domaine de l'isolation acoustique, les constructeurs d'immeubles d’habitat neufs doivent satisfaire à des obligations de résultats. Il est donc utile de disposer de méthodes de calculs simples permettant de prévoir les prestations à mettre en œuvre, en évaluant les isolements acoustiques correspondants.

La méthode d'évaluation des isolements acoustique la plus utilisée actuellement consiste a calculer la de Transmission directe par la paroi de séparation connaissant son indice d'affaiblissement acoustique R, et à évaluer globalement l’ensemble des transmissions indirectes ou transmissions latérales.

R : chemin 1 Dn : chemins 1, 2, 3 et 4

Passage de R à Dn : prise en compte des transmissions latérales.

L a formule suivante exprime Dn en fonction de R :

Sp a Log A R

Dn   

 



 

 10

⁰

dans laquelle:



A0 est l’aire d’aborption de référence du local :

0 0

16 , 0

T

A   V

_{où :}

o

V, le volume du local de réception en m3,

o

^T0 est le temps de réverbération de référence du local



Sp, la surface de la paroi de séparation commune deux locaux en m2



"a" correspond à l'évaluation des transmissions latérales:

Sr N a   

5 10

où :

o

Sr : somme des surfaces, en m2, des parois du local de réception liées à la paroi de séparation et rayonnantes. Il s'agit des cloisons et contre-cloisons en maçonnerie de légère (=100kg/m2) qui ne sont pas totalement désolidarisées, ainsi que des doublages en mousse rigide

(polystyrène expansé d'épaisseur inférieure à 6 cm, polystyrène extrudé et mousse de

polyuréthanne à cellules fermées d'épaisseur inférieures à 8 cm, etc.). Sr sera au plus égal à 4.

La connaissance de cette limite est importante notamment pour les locaux d'enseignement.

o N : nombre de parois du local de réception liées au plancher et doublées par un matériau souple (laine minérale et mousse de polyuréthanne à cellules ouvertes, d'épaisseurs au minimum égales à 4 cm).

Cette méthode donne des résultats satisfaisants lorsque les constructions sont traditionnelles, avec des parois latérales rigides ou souples, non filantes (doublées ou non) et des parois de séparation non doublées. En revanche, lorsque les parois latérales sont filantes ou lorsque les parois de séparation sont doublées de systèmes

"masse-ressort", ou sont du type cloison double "masse-ressort-masse", les écarts "prévisions-mesures" obtenus avec la méthode ci-dessus peuvent être très importants.

6.4.Comportement d’une paroi : R théorique

S’il n’est pas connu, l’indice d’affaiblissement d’une paroi peut être estimé en observant les lois de comportement suivante.

6.4.1. La loi masse-fréquence corrigée (parois simples)

L'indice d'affaiblissement théorique Rt entre deux ambiances séparées par une paroi homogène, de dimensions infinies, sans rigidité, est:

Rt = 10 log [C (m.f)²]

avec: m : la masse par m² de paroi, f : la fréquence du son, C : une constante: C = π ρ/ χ, ρ: masse volumique de l'air,

c : vitesse de propagation du son dans l'air.

Les parois réelles se comportent de façon légèrement différente. Si on trace sur un diagramme l'indice R (en dB) en fonction de la masse par m² de paroi, on obtient pour une paroi homogène la courbe suivante:

Pour une paroi de 350 kg/m2, R vaut 56 dB, Pour une paroi de 450 kg/m2, R vaut 60 dB.

Remarques:

- pour une paroi de masse surfacique inférieure à 150 kg/m2, on gagne 5 dB quand on double cette masse.

- pour une paroi de masse surfacique supérieure à 150 kg/m2, on gagne 12 dB quand on double cette masse.

- dans le cas de paroi à corps creux en béton ou terre cuite, il est prudent de réduire la valeur obtenue de 2 à 4 dB.

6.4.2. Comportement réel d’une paroi simple

L’isolement d’une paroi simple augmente en général de 4 dB par bande d’octave, mais pour un matériau et une masse donnée la paroi possède une fréquence critique de résonance pour laquelle son isolement diminue

Isolation d’une paroi en fonction de la fréquence

6.4.3. Comportement d’une paroi double

Allure de R pour une paroi double et une paroi simple de même masse surfacique

Le comportement d’une paroi double est régi par le système masse-ressort-masse

Comparaison des gains d’isolement en

fonction de la fréquence Atténuation des fréquences critiques Liaisons rigides à éviter

Pour obtenir un bon résultat, on fait jouer au maximum l'effet de paroi double, ce qui implique:

- des parements aussi lourds que possible;

- des parements dissymétriques;

- un intervalle entre les parements aussi large que possible;

- un intervalle entre les parements garni de laine minérale;

- des ossatures séparées pour chaque parement.

- des enduits sur les parois non homogènes (maçonnerie)

7. La Nouvelle Réglementation Acoustique (NRA) : Les arrêtés du 30 juin 1999 pour les logements

7.1.Isolation acoustique aux bruits aériens DnTA

Local d’émission Pièces du logement réception

pièce principale cuisine et salle d’eau Local d’un logement à

l’exclusion des garages individuels 53 50

Circulation commune

intérieure au bâtiment 40 37

Local d’activité 58 55

Garage individuel d’un logement

et garage collectif 55 52

7.2.Isolation acoustique aux bruits d’impact L’nTW

Les textes limitent la réception des bruits d’impacts sur le sol aux seules pièces principales des logements lorsque la machine à chocs normalisée fonctionne à l’extérieur du logement testé.

Les valeurs maximales des niveaux de pressions acoustiques sont de 65 dB pour la NRA.

7.3. Isolation acoustique aux bruits d’équipement

Equipements visés Local de réception LnTA limite

Appareil individuel de chauffage d’un

logement Pièces principales du logement 35 dB

Cuisine du logement 50 dB

Appareil individuel de climatisation dans

un logement Pièce principale ouverte sur une

cuisine 40 dB

Pièces principales du logement 35 dB

Cuisine du logement 50 dB

Ventilation mécanique au débit minimal Pièces principales 30 dB Cuisines 35 dB

Equipement individuel d’un logement Pièces principales des autres

logements 30 dB

Cuisines des autres logements 35 dB Salles d’eau des autres logements 35 dB

7.4.La certification des baies vitrées.

Ce principe, appelé certification, est établi à partir des procès verbaux de mesures de laboratoire et se caractérise par un suivi dans le temps du maintien de la performance. L'organisme certificateur prélève périodiquement, dans la production de l'industriel concerné, des produits finis pour les soumettre à de nouveaux essais. La certification est maintenue si la fluctuation de la performance se situe dans des limites préétablies.

L'acoustique et la thermique font l'objet d'une certification commune pour les fenêtres, portes-fenêtres et baies vitrées: il s'agit du certificat Acotherm dont le dernier protocole technique date du 29.01.91.

Lorsque l'élément est équipé d'origine d'une entrée d'air, l'écriture ACn est suivie de la lettre B, par exemple: AC2B.

Les objectifs fixés réglementairement imposent de protéger les pièces principales et les cuisines des bruits de l'infrastructure des transports terrestres et aériens. L'isolement, mesurable sur place lors de la réception des ouvrages, s'applique à toute la façade et, le cas échéant, à la toiture lorsque celle-ci participe à la protection contre les bruits de l'espace extérieur.

Chaque produit mis en œuvre concourt à l'obtention du résultat mais n'assume pas seul cette fonction.

Les principaux acteurs de cette protection sont:

- la fenêtre, - la maçonnerie,

- l'allège si elle n'est pas maçonnée,

- l'entrée d'air de ventilation (sauf certification ACn B), - éventuellement la toiture et sa sous-face.

Le respect de l'objectif réglementaire oblige à prendre en compte, dans un calcul, chaque constituant de la façade et pas uniquement la fenêtre. On conçoit qu'à façade égale par ailleurs, une petite fenêtre laissera entrer moins de bruit qu'une grande !

Une approche suffisamment précise peut être faite à l'aide d'abaques et de tableaux du cahier 1855 de juin 1983 du CSTB auquel le lecteur se reportera pour plus d'informations.

Les essais en laboratoire s'effectuent dans des conditions normalisées de métrologie. En particulier le champ sonore produit pour attaquer les fenêtres est du type réverbéré diffus. Dans la réalité, ce type de champ sonore n'existe pas et lorsque l'agression de la façade s'en éloigne trop, la performance de la fenêtre décroît .

Pour une incidence rasante, on estime cette perte à 4 dB.

Le certificat ACOTHERM certifie:

 la classe d'isolation acoustique AC

 Le niveau d'isolation thermique Th

Les fenêtres doivent obligatoirement comprendre leur vitrage et celui-ci doit être posé en usine .

7.1. L'isolation acoustique: AC

Les classes sont définies généralement pour des menuiseries ne comportant pas de dispositif d'entrée d'air incorporé, mais elle peuvent aussi s'appliquer à des menuiseries équipées en usine de tels dispositifs (l'indice de la classe est alors complété par la lettre B).

Classe Indice d'affaiblissement acoustique R route vis-à-vis d'un bruit de trafic routier

AC1 ou AC1B = 28 dB(A) ou = 26 dB(A)

AC2 ou AC2B = 33 dB(A) ou = 31 dB(A)

AC3 ou AC3B = 36 dB(A) ou = 34 dB(A)

AC4 ou AC4B = 40 dB(A) ou = 38 dB(A)

Calcul effectué sur une fenêtre à la française 2 vantaux 1,40 x 1,40 m

8. Terminologie

Absorption acoustique :

Réduction de la puissance acoustique résultant de la propagation du son dans un milieu par dissipation, ou de son passage d'un milieu à un autre l'expression usuelle exprimant la performance des produits est le coefficient α Sabine.

Affaiblissement acoustique :

Diminution de l'intensité acoustique entre deux points situés de pari et d'autre d'un obstacle.

Aire d'absorption équivalente :









ⁿ

i

Si i A

1



αSabine :

coefficient (sans dimension) exprimant le rapport entre l'énergie sonore incidente et l'énergie réfléchie. Pour un produit donné, la mesure conventionnelle en laboratoire de 〈 Sabine est effectuée sur une surface conventionnelle de 12 m² de ce produit, la valeur de ce coefficient variant entre 0 et 1 .

Plus le produit est absorbant, plus la valeur s'approche de 1 .

Dans le cas de surfaces géométriques complexes de produit, les résultats de mesure de la performance en absorption sont exprimés en "aire d'absorption équivalente" A en m² du produit.

Bruit :

le bruit est un ensemble de sons perçus par l'oreille.

Bruit route :

C'est un niveau de bruit normalisé plus riche en fréquences graves que le bruit rose. Il permet de mesurer les bruits provenant de l'espace extérieur.

Il est principalement conditionné par les bruits de roulement des véhicules sur la chaussée.

Chambre sourde :

Salle à l'intérieur de laquelle le champ réverbéré est suffisamment faible pour que l'on se trouve dans les conditions voisines du champ libre.

Décibel :

C'est l'expression de la mesure du niveau de bruit, le dB est une mesure physique. le dB(A) est une mesure qui tient compte de ce qu'entend l'oreille humaine (dB physiologique).

Dn

Mesure in situ qui traduit l'isolation acoustique d'un système constructif complet.

Elle intègre outre les transmissions directes, les transmissions parasites et latérales.

DnTA:

Mesure normalisée qui intègre la correction due au temps de réverbération du local considéré.

Facteur de transmission :

A une fréquence déterminée, ou pour une bande de fréquences déterminées, ou pour un bruit de spectre déterminé et dans des conditions spécifiées, pour un élément donné, le rapport de la puissance acoustique transmise par cet élément à la puissance acoustique incidente.

Fréquence :

Elle s'exprime en hertz : c'est le nombre de vibrations par seconde. Elle permet de distinguer les sons graves, médium; aigus.

indice d'affaiblissement acoustique :

C'est une mesure normalisée, effectuée en laboratoire, exprimant la performance acoustique d'un produit ou d'un système constructif. Cette mesure ignore les transmissions latérales.

l'expression conventionnelle est R. Cette mesure permet de comparer la performance des matériaux, produits ou systèmes constructifs entre eux.

isolation acoustique :

terme générique exprimant l'ensemble des systèmes constructifs ou procédés mis en œuvre pour obtenir des isolements acoustiques déterminés. .,

isolation aux bruits aériens :

Elle intéresse l'isolation acoustique intérieure au logement et l'isolation acoustique par rapport à l'espace extérieur (Bruit rose, Bruit route).

isolation aux bruits d'équipements :

Elle intéresse les niveaux de bruits générés par les équipements de tous types intégrés à la construction (ascenseur, chaufferie, chaudière, ventilation).

Diminution de l'intensité acoustique entre deux points donnés situés, l'un à l'extérieur d'une enceinte, l'outre à l'intérieur de cette enceinte.

Isolement acoustique brut d'espace extérieur vers un local :

l'émission est à l'extérieur du local à une distance de 2 mètres par rapport à la paroi.

Isolement acoustique brut d'un local à un autre :

Différence entre le niveau de bruit à l'émission et niveau de bruit à la réception. Cette mesure est effectuée en laboratoire ou in situ à l'aide d'une chaîne de mesure normalisée. .

les résultats sont donnés pour une fréquence (en dB), ou une bande de fréquences (dB) ou globalement pour l'ensemble du spectre dB (A).

Réverbération :

Terme générique exprimant la persistance d'un son dans un espace clos ou semi-clos après interruption de la source de bruit. On appelle "champ réverbéré" le champ acoustique qui se superpose au champ produit directement par une source sonore à l'intérieure d'une enceinte close, et qui est dû aux réflexions multiples du son sur les parois.

Salle réverbérante : salle de mesure dont : le champ réverbéré est le plus diffus possible et dont la durée de réverbération est la plus longue possible.

Durée de réverbération : exprimée de façon normalisée par le terme "Tr", cette mesure physique correspond, pour une fréquence donnée, en un point donné, à l'intervalle de temps correspondant à une décroissance de 60 dB du niveau d'intensité acoustique initial lorsque la pente ou le taux de décroissance est à peu près constant au

"cours de la réverbération.

Rw : C'est la mesure d'isolement normalisée utilisée à ce jour par l'ensemble des pays Salle réverbérante : Voir la rubrique "réverbération".

Son : Vibration rapide de la pression de l'air,

Transmission directe : Bruits de chocs normalisés : mesure normalisée, en laboratoire, exprimant le niveau de bruit à travers le plancher de locaux superposés. Bruit produit par une machine normalisée frappant sur le plan"

de la Communauté Européenne. Comme le 1 il caractérise l'indice d'affaiblissement d'un matériau ou produit de construction et indique l'isolation par rapport à une courbe de référence.

il est caractérisé par son niveau et sa fréquence.

cher du local, et mesuré dans le local du dessous, la machine à chocs normalisée est définie dans la norme NFS 3 1002. Cette mesure est corrigée de la valeur de coefficient d'absorption de la pièce de réception. Niveau brut transmis du bruit de chocs normalisés : cette mesure normalisée ne prend pas en compte la correction due à l'absorption du local de réception. Niveau normalisé de bruit de chocs in situ : Efficacité d'un revêtement de sol : différence, pour une bande de fréquences, déterminée, des nivaux normalisés de " bruit de chocs avec et sans revêtements, dans des conditions spécifiées.

Transmission indirecte : Transmission du son d'une salle dans laquelle se trouve une source acoustique 'vers une salle contiguë, ne, s'effectuant pas par la paroi séparatisme mais par les parois latérales.

la durée de réverbération pour cette mesure est prise conventionnellement à 0,5 seconde.

SIX PRINCIPAUX POINTS A RETENIR

1. Absorber n'est pas isoler: matériaux indices et techniques n'ont rien de commun.

2. Le matériau miracle n'existe pas: doublages minces, feuilletés viscoélastiques, bois, liège, plomb, latex, plâtre, etc. ne sauraient résoudre à eux seuls tous les problème que pose l'acoustique.

3. Les indices mesurés en laboratoire ne peuvent pas être transposés sans précautions à une réalisation de chantier: les conditions de l'essai doivent être comparées à celles prévues pour la mise en œuvre.

4. Simuler n'est pas mesurer: aucune simulation ne remplace un essai en laboratoire; d'autant que la validité des résultats dépend du mode physique instrumenté, des données d'entrées, etc.

5. Les «derniers» dB sont les plus difficiles à atteindre. On passe aisément de 0 à 30 dB d'isolement, mais beaucoup plus difficilement de 50 à 80 dB.

6. Attention aux arguments fallacieux: tel survitrage qui «coupe le bruit de moitié, ne le réduit que de 3 dB, ce qui est imperceptible. Telle fenêtre qui le « coupe à 90% », le réduit en fait de 10 dB... On peut alors être très loin des 30 dB d'isolement global minimum de façade exigés notamment par la NRA.

ACOUSTIQUE DU BATIMENT

1.Le phénomène acoustique... 1

1.1.Nature vibratoire du son... 1

1.2.L’onde acoustique...1

2.Caractéristiques d’un son... 2

2.1.Le son pur... 2

2.2.Niveaux sonores ... 4

2.2.1.Niveau de pression... 4

2.2.2.Niveau d’intensité... 4

2.2.3.Niveau de puissance acoustique :...4

3.Le bruit ... 5

3.1. Analyse d'un bruit ...5

3.2.Bande de fréquence / Octave ...5

3.3.Exemples de niveaux sonores. ...6

3.4.Composition de niveaux sonores... 6

3.5.Comportement de l’oreille...7

3.6.Spectres de bruit de référence ... 8

3.7.Bruits aériens et bruits solidiens...9

4.Propagation des bruits...9

4.1.Propagation en espace libre...10

4.1.1.Source ponctuelle omnidirectionnelle...10

4.1.2.Source ponctuelle directionnelle... 10

4.1.3.Ligne de sources ponctuelles...10

4.1.4.Atténuation atmosphérique... 10

4.1.5.Atténuation due aux écrans... 11

4.2.Propagation en espace clos...11

4.2.1.Intensité directe... 12

4.2.2.Intensité réverbérée... 12

4.2.3.Niveau de pression acoustique global... 12

5.Théorie de la réverbération... 13

5.1.Temps de réverbération d’un local... 13

5.2.Formule de Eyring... 13

5.3.Formule de Sabine...14

5.4.Temps de réverbération optimal...14

5.5.Les différents types de matériaux absorbants... 14

5.5.1.Les matériaux poreux :...14

5.5.2.Les membranes :... 15

5.5.3.Les panneaux rainurés :...15

5.5.4.Les résonateurs :...16

5.6.Valeurs de coefficients d’absorption... 16

6.Isolement aux bruits aériens...17

6.1.Indice d’affaiblissement d’une paroi R...17

6.1.1.Définition de l’indice d’affaiblissement R...17

6.1.2.Mesure de R... 17

6.1.3.Indice d’affaiblissement R d’une paroi composite :...18

6.2.Isolement acoustique d’un local... 18

6.2.1.Isolement brut Db...18

6.2.2.Isolement normalisé Dn... 19

6.3.Relation entre R et Dn... 19

6.4.Comportement d’une paroi : R théorique... 20

6.4.1.La loi masse-fréquence corrigée (parois simples) ...20

6.4.2.Comportement réel d’une paroi simple...21

6.4.3.Comportement d’une paroi double... 21

7.1.Isolation acoustique aux bruits aériens DnTA ...23

7.2.Isolation acoustique aux bruits d’impact L’nTW ... 23

7.3. Isolation acoustique aux bruits d’équipement ... 23

7.4.La certification des baies vitrées. ... 24

8.Terminologie ...25