ACOUSTIQUE du BÂTIMENT - Sciences-Physiques

1 1 / 27 t + a + r = 1 facteur de transmission + facteur d absorption + facteur de r flexion = 1 t = tiII ; a = aiII ; r = riII It ( ) + Ia ( ) + Ir ( ) = Ii onde r fl chie d intensit Ir onde transmise d intensit It onde absorb e d intensit Ia onde incidente d intensit Ii ACOUSTIQUE du B TIMENT 1. Historique Avant 1900, on ne corrigeait pratiquement pas les mauvaises conditions d coute dans les auditoriums, th tres, coles,..et autres difices publics. Certains rem des hasardeux (filets tendus travers une pi ) taient utilis s, mais les r sultats taient peu satisfaisant. Vers 1900, apr s quelques ann es de recherches m thodiques, le professeur am ricain Wallace Cl ment Sabine (1868-1919) de l universit d Harvard commence la publication de ses d couvertes sur l ACOUSTIQUE architecturale. Les r sultats de ses recherches avec d autres physiciens permettent de d terminer l avance les conditions acoustiques id ales d un local et les m thodes de calcul pour liminer les d fauts acoustiques.

2 Aujourd hui, des d crets (1999) fixent les r gles de construction des logements : - le niveau d intensit ACOUSTIQUE dans les pi ces principales ne doit pas d - .. En espace libre, l onde sonore effectue le trajet direct source-r cepteur. Dans un lieu clos ou partiellement clos, les parois, les comportent comme des sources secondaires qui r mettent par r flexion, par diffusion, par partie de l onde incidente re ue de la source. 2. Une onde sonore (incidente) rencontre une paroi 2A R flexion, absorption, transmission L onde incidente provoque la vibration de la paroi de surface S. - une partie est r fl chie (r verb r e). - une partie est absorb e. - une partie est transmise, g n r e par la vibration de la paroi. L importance de la r flexion et de l absorption de l onde d pend de la nature, de l tat de surface et du rev tement de la paroi ; mais aussi de la fr quence f.

3 T = tiPP (Pt = ) et r = riPP (Pr = ) (Pi, Pt, Pa, Pr repr sentent les puissances incidente, transmise, absorb e et r fl chie par la paroi) 2 / 27 Un bon isolant (t petit) n est pas forc ment un bon absorbant ( grand), car l absorption se fait souvent au d triment de la r flexion. bon isolant peu absorbant r = 0,79 a = 0,20 t = 10-7 peu isolant bon absorbant r = 0,3 a = 0 50 t = 0,2 bon isolant et bon absorbant r = 0,49 a = 0,50 t = 10-7 Exemples : -une fen tre ouverte est le meilleur absorbant imaginable ( =1), or c est aussi le plus mauvais isolant. -un plafond suspendu, constitu de dalles acoustiques, absorbe une grande partie des sons mis dans le local ; par contre, il n att nue les bruits a riens ou d impact mis l tage sup rieur que s il est lourd et tanche (ce qui n est pas le cas pour les dalles acoustiques qui sont uniquement des produits de correction ACOUSTIQUE .)

4 F (Hz) verre (e = 12mm) rideau l ger laine de verre mat riaux 125 0,97 0,90 0,30 r 500 0,97 0,85 0,15 r 2000 0,98 0,80 0,10 r mat riau tr s absorbant absorbant moyen r fl chissant tr s r fl chissant a 0,4 0,25 0,15 0,10 0,05 2B Coefficient de Sabine (non r verb ration) Coefficient d absorption ou coefficient de Sabine : = a + t ; il repr sente la non r verb ration mat riaux 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz ma onnerie b ton lisse ou peint mur de parpaings non enduits pl tre rev tement de sol carreau plastique coll parquet coll parquet sur lambourdes moquette moquette sur thibaude divers vitre grand panneau de glace simple rideau coton eau d une piscine 0,01 0,02 0,01 0,02 0,04 0,20 0,05 0,10 0,35 0,18 0,10 0,01 0,01 0,02 0,01 0,02 0,04 0,15 0,10 0,20 0,25 0,06 0,20 0,01 0,01 0,03 0,02 0,04 0,07 0,12 0,25 0,50 0,18 0,04 0,40 0,01 0,02 0,04 0,03 0,03 0,07 0,10 0,40 0,60 0,12 0,03 0,50 0,015 0,05 0,05 0,04 0,02 0,07 0,08 0,60 0,80 0,07 0,02 0,65 0,025 0,07 0,07 0,05 0,02 0,07 0,07 0,70 0,80 0,04 0,02 0,62 2C Ne pas confondre isolation et absorption Exercice 1.

5 Une paroi a un coefficient de r flexion de 60% (r = 0,6) et un coefficient d absorption de 30% (a = 0,3). Le niveau d intensit Ni sonore incident est gal 70 dB. 1) Calculer le coefficient de transmission t. 2) Calculer les niveaux d intensit sonores des sons r fl chi et transmis de deux fa ons : a- Calculer les intensit s r fl chie et transmise, Ir et It, puis en d duire les niveaux sonores Nr et Nt. b- Exprimer litt ralement, puis calculer les niveaux demand s Nr (et Nt) en fonction de Ni, de r (ou t). 3) Pour v rifier ces r sultats, calculer le niveau d absorption Na et en recherchant le niveau total des trois niveaux Nr, Nt et Na, vous retrouver Ni ? 3 / 27 Aire d absorption quivalente : A (m2) Pour une fr quence donn e f, 1m2 d un mat riau de coefficient d absorption a la m me absorption que m2 d un mat riau parfaitement absorbant ( = 1).

6 Exemple : f = 1000 Hz, 1 m2d un mat riau de coefficient d absorption = 0,8 absorbe la m me quantit d nergie qu un mat riau parfaitement absorbant ( = 1) dont la surface est gale 0,8 m2. Son aire d absorption quivalente est A = 0,8 m2 Pour une surface S de ce mat riau, A = .S == jS : surface des mat riaux, meubles, occupants j : coefficient d absorption des mat riaux, meubles, occupants A est la valeur de l aire d une paroi parfaitement absorbante ( = 1) ayant la m me absorption que les divers mat riaux, meubles, occupants consid r s. Exercice 2 : Une paroi re oit un son de niveau sonore gal 80 dB et r fl chit un son de niveau sonore gal 70 dB. 1) Calculer le coefficient de r flexion de la paroi ? Montrer qu il est gal r = 100,1. N, en pr cisant ce que repr sente N. Il se perd dans la paroi 99,9% de l intensit sonore qui a p n tr dans cette paroi.

7 2) Quel est le facteur de transmission de cette paroi ? 3) En d duire le niveau d intensit sonore du son qui ressort de l autre c t de la paroi ? 4) Quels commentaires vous inspirent les r sultats des exercices 1 et 2 ? 3. Aire d absorption quivalente A 3A Aire d absorption quivalente d un local : on calcule A 3B Aire d absorption quivalente pour les meubles et occupants : on donne A 3C Aire d absorption quivalente : bilan ===+ Exercice 3 : On d sire calculer l aire d absorption quivalente A d une pi ce. Elle poss de les dimensions suivantes : L = 6,0 m ; = 5,0 m ; h = 3,0 m. Elle comporte une baie vitr e de surface 10 m2 et deux portes de surface 2 m2 chacune. Les sons mis sont tudi s la fr quence de 1000 Hz. Les coefficients d absorption des mat riaux rev tant les surfaces de cette pi ce la fr quence de 1000 Hz sont : rev tement porte isophane baie vitr e mur de b ton plancher parquet plafond en pl tre 0,09 0,12 0,03 0,07 0,04 Dans la pi ce il y a trois fauteuils en velours et trois personnes assises.

8 Calculer A. description aire d'absorption quivalente Ak (m ) 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz personne assise 0,20 0,36 0,45 0,50 0,50 0,46 fauteuil recouvert de tissu plastique 0,15 0,40 0,40 0,40 0,30 0,25 fauteuil recouvert de velours 0,15 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 4 / 27 4. CORRECTION ACOUSTIQUE C est l ensemble des proc d s mis en uvre pour obtenir une qualit ACOUSTIQUE d termin e : - qualit d coute dans une salle de spectrale, de conf rence, d - diminuer le niveau sonore dans un hall d entr e, atelier, - cr er une ACOUSTIQUE sp cifique dans une salle de sport, Les qualit s acoustiques d une salle sont fonction de sa forme (architecture, reliefs, moulures permettant une bonne diffusion du son), de son volume ( cho important dans les grandes salles) et de la nature de ses parois. Forme et volume sont g n ralement donn s, c est sur les caract ristiques de r flexion ou d absorption des mat riaux qui constituent les parois que l on peut doser l intensit sonore per ue et l adapter l utilisation de la salle.

9 1. ACOUSTIQUE des salles (probl me de r verb ration) 2. isolation aux bruits 1. bruit a rien ext rieur : trafic routier, ferroviaire, a 2. bruit a rien int rieur : conversation, t l vision, 3. bruit d impact (choc) : d placement des personnes, chute d objets, fermetures des 4. bruit d quipement : ascenseur, robinetterie, ventilation m canique installation chauffage, conditionnement d 5 / 27 5. R verb ration 5A Mise en vidence 5B Cons quences de la r verb ration cho et intelligibilit de la parole En moyenne, l oreille humaine enregistre deux sons distincts lorsqu ils lui arrivent s par s par un temps sup rieur 0,05 s. Si la diff rence de temps entre la perception de l onde sonore directe et l onde sonore r fl chie est sup rieure 0,05 s, le ph nom ne d cho se produit et il y aura superposition des syllabes et difficult de compr hension dans le cas de la parole.

10 Dans une pi ce o le temps de r verb ration est long, le premier mot d une phrase continue r sonner dans la pi ce alors que l orateur prononce les suivants, ce qui nuit la compr hension de la parole. Exercice 4 : En utilisant la relation 010 logINI=, montrer que le niveau sonore N d un son, chute de 60 dB, quand l intensit sonore I de ce son devient 106 fois plus petite ? 5C Dur e de r verb ration T (s) Local sonore (r verb rant) : le temps de r verb ration est relativement important. (local vide parois lisses, l absorption du bruit par les parois est faible) Local sourd (muet) : le temps de r verb ration est faible. (local poss dant des parois aussi absorbantes que possible : moquette, des rideaux, du tissu et du mobilier) Exemples : - Cath drale : T > 6 s - Salle Pleyel* Paris : T = 3s 125 Hz ; 2,2 s 1000 Hz ; 1,7 s 4000 Hz. *les mat riaux n absorbent pas de la m me mani re, selon la fr quence.