111123 Cours environnement - CHAP01 - Définitions et ...

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1Acoustique Environnementale / Chapitre 01

Acoustique environnementale

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Acoustique Environnementale / Chapitre 01

Acoustique environnementale Chapitre 01 : définitions et évaluation des bruits

Ing. M. Van Damme

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= onde acoustique résultant de la vibration de l’air due à une suite de pressions et de dépressions

Dans l’air à 20°C : 340 m/sec Milieu nécessaire au transport

En un point de l’onde, la pression fluctue un certain nombre de fois par seconde (fréquence) autour de la Patm.

Deux aspects : l’intensité et la hauteur.

Définitions

Bruit

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Référence : 340 m/s dans l’air

Variation avec la température (en kelvin) selon :

Définitions

Célérité d’une onde acoustique

Tc 20 Exemple : T = 0°C c = 330 m/s

Dans les autres milieux :

Caoutchouc souple 70 m/s

Vapeur d’eau 402 m/s

Hélium 970 m/s

Hydrogène à 0°C 1270 m/s

Eau 1400 m/s

Béton 3000 m/s

Acier, verre 5000 m/s

NB : l’air = milieu non dispersif

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Définitions

Intensité d’un bruit

= impression de force sonore sur l’oreille

Ambiguïté due à deux aspects

1.Physique

= flux d’énergie par unité de temps et à travers l’unité de surface perpendiculaire à la direction de propagation de la vibration sonore.

I en W/m²

2. Physiologique (sonie)

Weber-Fechner : « la sensation varie comme le logarithme de l’excitation ».

Mais simpliste : sensation sonore (impression) plus difficile à cerner

Lp = niveau d’intensité acoustique.

0

lg10IILp

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Définitions

Niveau d’intensité d’un bruit

Intensité :

- difficilement accessible

- varie avec le carré de la pression

Rapport p²/p0² remplace I/I0

²²lg10lg20

00 pp

ppLp

L’unité utilisée est le dB.

p = pression acoustique en Pa,

p0 = pression acoustique de référence égale à 20

Pa (2 x 10-5Pa)

Exemple:

Un klaxon émet un bruit de 100 dB, ceci correspond à une variation de pression de 2 Pa par rapport à la pression de référence.

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Définitions

Echelle des niveaux de pression acoustique

L’échelle des niveaux de pression est logarithmique car :

- “Loi” de Weber-Fechner,

- Echelle linéaire trop étendue :

Variation de pression minimale audible : 0,00002 Pa

Variation de pression correspondant au seuil de la douleur : 20 Pa.

Soit une échelle des pressions de 1 à 1000000 Difficile à manipuler.

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Définitions

Niveau d’intensité d’un bruit et sonie

Attention !

Niveau de pression ou d’intensité en dB : ne représente pas parfaitement la sensation de gêne (= la sonie d’un bruit).

De nombreuses méthodes complexes pour évaluer plus fidèlement la sonie existent.

Des méthodes plus simples également : voir pondération fréquentielle.

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Définitions

Hauteur

Défini par la fréquence (nombre de fluctuations de la pression autour de la pression atmosphérique ou de périodes par seconde en Hertz) : sons graves (BF) sons aigus (HF).

20 Hz 15.000 Hz

Ultr

a-so

ns

Infr

a-so

ns

Spectre audible

Niveau Sonore (dB)

Fréquence (Hz)

Grave Aigu

Tf 1

fccT

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Définitions

Intervalle de fréquence

89 Hz 100 Hz 112 Hz

Bande de tiers d’octave à 100 Hz

Niveau Sonore (dB)

Fréquence (Hz)

Grave Aigu

Défini par la fréquence médiane fm + la largeur de la bande et non par les fréquences f1 et f2 adjacentes

26.1289

112 31

1

2

ffCondition bande de tiers d’octave remplie :

Exemple bande de tiers d’octave à 100 Hz

10089*11221 fffmFréquence médiane :

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Définitions

Fréquences médianes

Ou Fréquences centrales

Bandes de fréquences d’un tiers d’octave

& Bandes de fréquences d’octave

Graves : 125 Hz et 250 Hz

Mediums : 500 Hz et 1000 Hz

Aiguës : 2000 Hz et 4000 Hz

Problèmes d’isolation acoustique :

(50 Hz) 100 Hz à 5000 Hz

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Définitions

Fréquences médianes

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Définitions

Spectre d’un bruit

Niveau en fonction de la fréquence.

Représentation stricte : histogramme

Représentation courante

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Les spectres acoustiques

0

10

20

30

40

50

60

70

80

50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

Fréquence ( Hz)

niveau en dB(L) à la réception avec basses accentuées - 41.1 dB(A)

niveau en dB(L) à la réception niveau normal - 28.4 dB(A)

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0

20

40

60

80

100

120

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Global

Fréquence (Hz)

Nive

au (d

B)Spectre d’analyse en tiers d’octave et niveau global

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Définitions

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Evaluation de l’intensité des bruits

Pondération des intensités des bruits

Pondérations A, B, C : issues des courbes de Fletcher, en fonction du niveau (40 dB, 70 dB, 100 dB)

Pondération D : surtout pour les bruits d’avions

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Calcul du niveau d’intensité A des bruits (LA)

Mesure en dB, pondération par bandes de fréquences

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Somme des intensités pondérées. Pour rappel :

0

lg10IILp

Pondération A :

Par bandes de tiers d’octave Par bandes d’octave

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A 100 Hz : d’où :

Somme des intensités relatives par bandes de tiers d’octave

64.936973410...1010 05.599.469.4

0

I

Ii

9.46lg100

IILp

109.46

100

II

Somme des intensités relatives par bandes d’octave

51.10018377101010101010 80.542.650.628.614.649.5

0

I

Ii

Dans le premier cas, le niveau d’intensité pondéré A est de 69.72 dB(A). Dans le second cas 70.01 dB(A)

Justification de la différence ? )10...1010log(10 10101021 pnpp LLL

pL

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Règles de sommation de niveaux

Méthode graphique approchée

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Méthode graphique approchée appliquée à l’exemple précédent

54.9 61.4 62.8 65 64.2 58

62.3 67 65.1

68.3

70

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Transformation d’un spectre (octave vers tiers d’octave)

Attention ! Tiers d’octave Octave (3x plus d’énergie)

Règle arrondie : + 10 log 3 = 4.77 dB

Fréquences en Hz dB(L) en 1/3 d'octave dB(L) en bande d'octave dB(A)

12 63.416 65.1 75.420 74.725 65.932 65.5 72.740 70.550 68.663 69.1 74.4 48.480 70.8

100 71125 69.3 74.4 58.4160 68.2200 67.6250 67.9 71.8 63.3315 65400 73.2500 81.2 82.6 79.6630 74.8800 75.61000 78.1 85.1 85.11250 83.51600 80.52000 80.4 84.8 85.82500 79.23150 76.54000 78.6 83.1 84.15000 79.56300 76.28000 73.3 79.0 78.010000 72.112500 70.816000 66.9 72.720000 62.8

Valeur Totale en dB 90.9 90.5dB(L) dB(A)

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0

20

40

60

80

100

120

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Global

Fréquence (Hz)

Nive

au (d

B)Spectre d’analyse en tiers d’octave et niveau global

p

LLL

Lpnpp

)10...1010log(10 10101021

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Niveau Lp résultant de plusieurs sources de même niveau


Nombre de sources de niveau Lp égal Niveau résultant dB

2 Lp + 3

3 Lp + 5

4 Lp + 6

5 Lp + 7

6 Lp + 8

7 Lp + 8.5

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2 sources Lp1 et Lp2 donnent ensemble un niveau Lp. Connaissant Lp2 et Lp, que vaut Lp1 ?

1. Résoudre l’équation

Règles de soustraction de niveaux

2. Règle simplifiée 3. Méthode graphique? (dB) ‘+’ Lp2 (dB) = Lp

D’ (dB) = Lp – Lp2 (dB)

Lp1 (dB) =

Supérieure à 9 Lp

De 6 à 9 Lp - 1

4 ou 5 Lp – 2

3 Lp – 3

2 Lp – (4.5) (imprécis)

Valable si : Lp1 > Lp2

)1010log(10 101021 pp LL

pL )10log(10 10i

L

p

pi

L

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Courbes NR d’évaluation du bruit

NBN 576-11:1970 - Acoustique - Courbes d’évaluation du bruit

Noise Rating

Valables pour des sons de bandes = gêne

Numéro = ordonnée à 1000 Hz

Attention ! Tiers d’octave Octave

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Courbes NR d’évaluation du bruit

05

101520253035404550556065707580859095

100105110115120125130

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000Fréquences en Hz

dB(L

)

NR 100

NR 80

NR 60

NR 40

NR 20

f (Hz)

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Lp (dB)

39 40 43 42 41 35 26 20 18

Position du point le plus haut :

Inférieur à la courbe NR40

Exemple :

mesure au sonomètre en bandes d’octaves :

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Relation entre dB(A) et NR

En pratique : 5 NRLA

Exemple :

On spécifiera qu’un bruit de ventilation ne doit pas dépasser :

le niveau de 35 dB(A)

ou

les valeurs de niveau par bande d’octave indiquées par la courbe NR 30

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Niveau de pression acoustique pondéré A recommandé

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Niveau sonore recommandé d’après les courbes ISO (ou NR)

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Comparaison des recommandations ISO et dB(A)

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Niveau équivalent LAeq = Energie totale produite par un bruit pendant une période T.Niveau de bruit qui développerait la même énergie s’il était constant = niveau équivalent.

Halle 5-bij huizen Leq 125ms A dB dB17/06/97 00h26m32s625 54.7 17/06/97 00h28m20s250 54.3

verkeer verkeer2 verkeer3 verkeer4 verkeer5referentiestuk Résiduel

10

20

30

40

50

60

70

80

90

00h25 00h26 00h27 00h28 00h29 00h30 00h31 00h32

referentieperiode

V erkeerslaw aai(passage auto)

Période T

Evolution signal

Niveau équivalent sur la période T pondéré A : LAeq,T


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Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A, en dB : valeur du niveau de pression acoustique pondéré A d’un son continu stable qui, au cours d’une période spécifiée T, a la même pression acoustique quadratique moyenne qu’un son considéré dont le niveau varie en fonction du temps.

avec T, période qui commence à t1 et se termine à t2.

Notation courante : Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A

= Niveau de pression acoustique moyenné en temps

ISO 1996

Définitions

TAeqL ,

TATAeq LL ,,

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Niveau équivalent

Energie totale produite par un bruit pendant une période T :

Niveau d’intensité qui développerait la même énergie s’il était constant = niveau équivalent :

dtp

tpT

0

20

2 )(

dtp

tpT

LT

Téq 0

20

2

,)(1lg10

Ou encore : i

N

iTéq T

TL iL

1

,10101lg10

Mesure directe avec un sonomètre (dosimètre)

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Trois normes reconnues dans tous les pays :

CEI 60651, CEI 60804 et CEI 61672

Classes de précision : 0, 1, 2 et 3

Pondérations fréquentielles A, B, C

Pondérations temporelles I(35ms), F(125ms), S(1000ms),

Niveau LAeq,T

Niveau maximal LAFMax, LASMax, LAIMax

Niveaux acoustiques fractiles LAFN,T

Indicateurs de bruit pour les transports aériens

Les appareils de mesure du bruit

Les sonomètres

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Bibliographie du paragraphe – compléments d’informations

ACOUSTIQUE – R. Josse – Centre Scientifique et Technique du Bâtiment, Grenoble.

ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT- J.J. Embrechts – Université de Liège,Faculté des Sciences Appliquées – 2001.

ACOUSTIQUE & VIBRATIONS – Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques, Saint-Rémy-lès-Chevreuse – 2003.

ACOUSTIQUE PHYSIOLOGIQUE – C. Mertens – Institut des Arts de Diffusion, Louvain-la-Neuve – 2002.

ACOUSTIQUE PRATIQUE – J. Desmons – EDIPA, Paris – 2004.

BOUWAKOESTIEK – B. Ingelaere – Wetenschappelijk en Technisch Centrum voor het Bouwbedrijf,Limelette – 2002.

BRUIT DE L’ENVIRONNEMENT – Brüel & Kjaer – Danemark – 2001.

EXIGENCES REGLEMENTAIRES ET CONFORT ACOUSTIQUE – P. Poubeau – Guide CATED desTechniques du Bâtiment, Saint-Rémy-lès-Chevreuse – 2000.

INITIATION A L’ACOUSTIQUE – A. Fischetti – BELIN, Paris – 2003.

LA PRATIQUE DE L’ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS – J. Pujolle – Editions du Moniteur, Paris– 1978.

Définitions et évaluation des bruits

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