Post on 09-Feb-2021
Séance de regroupement n°3
Prévention des risques physiques
Lutte contre le bruit
N. FOURATI_ENNOURI
Onde transversale, onde longitudinale
Onde transversale : déformation perpendiculaire àdirection de propagation de l’onde (corde)
Onde longitudinale : déformation parallèle au sens de propagation de l’onde (ressort, son)
2
λ = longueur d’onde = la plus courtedistance qui sépare deux points de l’onde qui se déplacent en phase
v f= × λ
Vitesse d’une onde longitudinale
Elle dépend de l’élasticité et de la densité du milieu dans lequel elle se propage.
Dans un liquide
Dans un solide
Dans un gaz
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Module de compressionvMasse volumique du liq
Kuideρ
= =
Module d YoungvMasse volumique du solide
Eρ
= ='
P
V
v
C Chaleur massique à pressionC Chaleur massique à volume
Pρ
⎧=⎪
⎪⎨⎪γ = =⎪⎩
γ×
constanteconstant
Propagation de l’onde sonore
Elle nécessite un milieu propagateur (air)
Et la lumière ??????????
Vitesse à laquelle l’onde se propage = Célérité = « c » [m/s]
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Double périodicité de l’onde :
Temporelle (T)
Spatiale (λ)
= λ × ⇔ λ = ⇔ λ = ×cc f c Tf
Exercice n° 1
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D’ordinaire, il est possible d’entendre l’approche d’un
train en collant l’oreille aux rails. Combien l’onde prend
elle de temps pour parcourir les rails d’acier si le train
est à 1 km.
On donne :
Eacier = 2,0 1011 Pa
ρacier = 7,8 103 Kg/m3
Solution de l’exercice n°1
La vitesse v est obtenue à partir de la relation :
6
113 1
3
E 2 10v 5 06 10 m s7 8 10
, .,
−×= = = ×ρ ×
Le temps est par conséquent égal à :
3
3
x 1 10t 0 2sv 5 06 10
,,
×= = ≈
×
Le son
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Le son
Les ondes sonores sont des ondes de pression longitudinales dans l'air. Lorsque les vibrations de la source sont ponctuelles, les fronts d'onde forment des sphères concentriques qui s'éloignent du centre.
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Exercice n°2
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1. La vitesse du son dans l'air (T=15°C) vaut 340 [m/s]. Si un observateur entend le tonnerre 5 secondes après avoir vu l'éclair, àquelle distance de lui gronde l'orage ? (la vitesse de propagation de la lumière >> vitesse du son)
2. L'oreille humaine ne peut distinguer deux sons brefs successifs que s'ils sont séparés d'au moins 1/10 de secondes. A quelle distance minimale doit‐on alors se trouver d'un obstacle pour que l'on puisse entendre l'écho d'un son (à T=15°C) ?
3. La vitesse du son dans l'eau fut mesurée pour la première fois dans la rade genevoise par Colladon et de Saussure à l'aide de deux barques distantes de 400 [m]. D'une barque sont envoyés simultanément un signal lumineux dans l'air et une sonnerie dans l'eau. Dans l'autre barque, on mesure alors à l'aide d'un chronographe que le son sous l'eau arrive 270 millisecondes après la lumière. Calculez la vitesse du son dans l'eau.
Solution de l’exercice n°2
1) Le temps pris par la lumière pour nous parvenir peut être considérécomme nul. Donc la distance d à laquelle gronde l'orage est la distance que parcours le son dans l'air en t=5 secondes, soit d = v × t
d = 340 [m/s] x 5 [s] = 1700 [m].
2) En 0,1 secondes, le son parcours la distance d = v × t = 340 x 0,1 = 34mpour pouvoir distinguer un son bref et son écho, il faut que la
distance aller + retour soit supérieur à 34 mètres. Il faut donc que l'objet se trouve à plus de 34 / 2 = 17 mètres de nous.
3) Le temps mis par la lumière pour parcourir les 400 mètres est négligeable et peut être considéré comme nul. Dans l'eau, le son a donc mis 0,270 secondes pour parcourir 400 mètres.
la vitesse du son dans l'eau est de V = distance / temps = 400/ 0,270 = 1481 [m/s].
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Grandeurs physiques
associées aux ondes
acoustiques
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Puissance, intensité et pression acoustique
Puissance acoustique : liée aux rayonnements des
ondes sonores par une source [W]
Intensité acoustique : puissance acoustique par
unité de surface [W/m2]
Pression acoustique : différence entre la pression
instantanée de l’air en présence d’ondes sonores et
la pression atmosphérique [Pa]
pac = ptotale - patm12
Si la source sonore vibre de façon sinusoïdale, à la fréquence f, la
pression acoustique, en un point quelconque P du champ sonore
(espace entourant la source) est une fonction sinusoïdale du
temps de même fréquence f
La pression acoustique
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( ) ( ) ( )ac
eff
effp t p sin t sin t
p : amplitude de la pression acoustiqueavec :
p : valeur efficace de la pression acousti
p
que
2= ω +ϕ = ω +ϕ
⎧⎨⎩
effpp p (dans la suite du cours)2
= =
p : valeur efficace de la pression (Pa)
ρ : masse spécifique du milieu de transmission du son
c : célérité du son dans ce milieu
ρ c : impédance caractéristique du milieu de propagation
2
=I pcρ
Relation entre intensité et pression acoustiques
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100
120
10log
10−
⎛ ⎞= ⎜ ⎟
⎝ ⎠= 2
dB
W/m
IILI
I
Niveaux d’intensité, de puissance et de pression acoustiques
100
120
10log
10
dB
W
WWLW
W −
⎛ ⎞= ⎜ ⎟
⎝ ⎠=
Niveau d’intensité acoustique de référence dans l’air dans les conditions normales
Niveau de puissance acoustique de référence dans l’air dans les conditions normales
Niveau de pression acoustique (niveau sonore)
10 100 0
10log 20log⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠
2
= dBpp pLp p
P0 = 2.10-5 Pa = Valeur efficace de la pression au seuil d’audition
Exemples
http://energie.wallonie.be/energieplus/CDRom/Climatisation/theorie/clithacoustique.htm 16
En pression :
En Intensité :
Le niveau résultant sera :
2 2 21 2= +p p p
1 2= +I I I
1 210
0
10 log⎛ ⎞+
= ⎜ ⎟⎝ ⎠
I ILI
Addition de niveaux sonores entre deux sources 1 et 2
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Addition des niveaux sonores
Considérons deux sources différentes de niveaux d'intensité sonore de L1 et L21. On nomme L2 le niveau le plus élevé, L1 le niveau
de la source la plus faible et L3 le niveau total
2. On calcule la différence de niveau L2 ‐ L13. On lit sur l'abaque le niveau à ajouter à celui de la
source le plus élevé L2 (L3 ‐ L2 = ΔL)4. On opère l'addition et on obtient alors le niveau
sonore total L3 (L3 = ΔL + L2)
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Cette abaque est élaborée pour 0 ≤ L3 – L2 ≤ 3 dB
Pour les autres cas, Il est nécessaire d' utiliser les formules
Deux machines ont pour niveaux sonores respectifs 75 dB et 61 dB.
Que vaut le niveau sonore total lorsque ces deux machines fonctionnent simultanément ?
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Exercice n°3 : Utilisation directe de l'abaque
Réponse1. L2 = 75 dB ; L1 = 61 dB2. L2 - L1 = 14 dB3. On lit graphiquement (L2 - L1) = 14 dB L3 – L2 ≈ 0,2 dB4. Le niveau sonore total vaut : 75 + 0,2 = 75,2 dBOn voit qu' à 14 dB d' écart, la source la plus faible influence peu le niveau sonore total.
Résolution de Melle Dragaud
Calcul à partir des formules
Réponse1. L3 = 56 ; L2 = 542. L3 - L2 = 56 - 54 = 2 dB 3. L' abaque indique que L2 - L1 correspondant à peu près 2,5 dB4. L1 = L2 -2.5 = 54 - 2,5 = 51,5 dB lorsque l' imprimante fonctionnera seule.
Exercice n°4 : Utilisation réciproque de l'abaque
Dans un bureau, le bruit en provenance de l'atelier a un niveau sonore L2égal à 54 dB. Lorsque l'imprimante située dans le bureau, est mise en marche, le niveau sonore total L3 régnant dans le bureau est de 56 dB. Que vaut le niveau sonore produit par l'imprimante seule ?
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Résolution de Melle Dragaud
Calcul à partir des formules
La lutte contre le bruit
Niveau d’Exposition Quotidienne à ne pas dépasser est de
85 dB(A) pour une exposition de 8h/jour (LAex,d = 85dB(A))
Pour une journée de travail (8 heures), on considère que
l'ouïe est en danger à partir de 85dB(A).
Si le niveau de bruit est supérieur, l'exposition doit être
de plus courte durée.
Si le niveau est extrêmement élevé (supérieur à
130dB(A)), toute exposition, même de très courte durée,
est dangereuse.27
Valeurs limites : Code du travail : R 232-8-2 et la directive européenne 2003/10/CE
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LAex,d et LAeq
Résolution de Melle Dragaud
Seuils limites d’exposition auditive
Isolation acoustique des locaux
Soient deux locaux, séparés physiquement par un obstacle (cloison,
mur, ..). Une source sonore rayonne dans le local (1) appelé, local
d’émission et parvient dans le local (2) appelé local de réception
Les niveaux de pression acoustique dans ces locaux sont
respectivement L1 et L2 tel que L1> L2
L’isolement brut Db entre les deux locaux s’écrit : Db=L1−L2
L’isolement normalisé entre deux locaux :
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Isolement entre deux locaux
2n 1 2
TD (dB) L L 10 log0.5
= − +
T2 : Temps de réverbération du local de réception,
0,5 s ≅ Temps de réverbération moyen d’un local d’habitation (pour une fréquence donnée)La normalisation permet de comparer l’isolement donné par diverses parois même si elles sont placées dans des conditions différentes.
Le coefficient de transmission (pour une fréquence donnée) :
Cas d’une paroi homogène :
Cas inhomogène (exemple : cloison percée d’une porte) :
SA, SB , ... sont les surfaces des parties de la paroi composée de matériaux de
coefficients de transmission τA , τB ,...
R = L’indice d’affaiblissement d’une paroi ou la capacité isolante d’une paroi
(dépend de la fréquence) :
Le coefficient d’absorption α :
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Grandeurs liées à l’isolation d’une paroi
energie transmise par unite de surface=energie incidente par unite de surface
τ
A A B Bmoy
A B
S S .....S S .....τ + τ +
τ =+ +
1R (dB) 10 log=τ
0 1énergie acoustique absorbéeénergie acoustique incidente
≤ α = ≤