1 Qu'est-ce que l'acoustique architecturale

SOMMAIRE
1 Qu'est-ce que l'acoustique architecturale ? 2
2 Généralités 2 2.1 Normes de mesures dans le bâtiment 2
2.2 Fréquences 2
2.3 Échelles de pondération 2
2.4 Fréquence centrale de 500 Hz 2 3 Isolation acoustique 3 3.1 Définition 3
3.2 Conduction aérienne 3
3.3 Conduction solidienne 3
3.4 Conduction par effet de paroi 4
3.5 Loi des masses 4
3.6 Notions de coefficient de transmission et de coefficient d'atténuation
4
3.7 Coefficients d'atténuation de diverses parois en fonction de la
fréquence 5 4 Correction acoustique 6 4.1 Notion de temps de réverbération 6
4.2 Champ libre, champ direct, champ réverbéré 6
4.3 Valeurs optimales de T 7
4.4 Notion de coefficient d'absorption d'une surface 8
4.5 Coefficients d'absorption des principaux matériaux 9
4.6 Hypothèses de Sabine 10
4.7 Calcul de T par la formule de Sabine 10
4.8 Relation entre variation de T et variation du niveau sonore moyen 10
4.9 Fiche de calculs de correction acoustique d'une salle 11
4.10 Ondes stationnaires et fréquences propres 12
4.11 Absorption de fréquences particulières à l'aide de résonateurs et
réseaux poreux 12
4.12 Limites de l'hypothèse de Sabine 13
4.13 Exemples d'aménagements 14 5 Bibliographie 14
1 Qu'est-ce que l'acoustique architecturale ?
L'acoustique architecturale étudie comment les constructions influent sur
la propagation et la résonance des sons. Cette étude est faite dans un but
précis, par exemple la protection des locaux contre les bruits et
vibrations (isolation acoustique) ou l'optimisation des conditions
d'émission et de réception des ondes sonores en fonction de l'utilisation
du local ( correction acoustique). Dès l'antiquité (traité d'acoustique géométrique de Pythagore, V ème siècle
av. J.C.), les formes des amphithéâtres ont été étudiées selon un compromis
entre bonne vue et bonne audition des spectateurs, qu'il s'agisse des
amphithéâtres grecs circulaires ou elliptiques, des amphithéâtres romains
semi-circulaires prenant en compte la répartition des surfaces
réfléchissantes de l'arrière scène, ou des odéons, petites salles semi-
circulaires, étudiées pour des propriétés musicales distinctes de celles de
la parole. L'acoustique architecturale moderne se fonde sur quatre grands domaines :
- les modèles géométriques de propagation, réflexion et les maquettes
d'études (dès 1925)
- la théorie ondulatoire du son, produite par les physiciens dans les
années 1935 mais dont Galilée pressentait déjà le caractère périodique.
- les méthodes statistiques récentes (modélisation des répartitions
d'énergie sonore dans un volume, méthode du hérisson de Thiele et Meyer)
- la psycho-acoustique (étude des sensations associées aux images sonores,
des effets de masque, etc...)
2 Généralités
2.1 Normes de mesures dans le bâtiment Norme NF S 31.013 utilisée par la CRAM, concerne les conditions de gène
acoustique.
Valeurs maximales d'exposition légales, physiologiques 2.2 Fréquences La norme NF 30 002 de 1960 découpe les fréquences audibles en octaves
[pic]de valeur centrale [pic]
|f0 octaves | |16 |
|(Hz) | | | |f0 octaves | |0,5 | |
|(kHz) | | | | Pour les mesures dans le bâtiment, on utilisera les fréquences centrales
graves : 125 Hz et 250 Hz, médiums : 500 Hz et 1000 Hz, aiguës :
2000 Hz et 4000 Hz
2.3 Échelles de pondération
Les échelles de pondération A, B, C sont respectivement basées sur les
courbes isophoniques à 40, 70, 100 phonies
Pour simplifier, on peut considérer que la courbe A est la plus proche de
la sensibilité de l'oreille et que la courbe C, moins pondérée, est plus
plane. On utilisera de préférence la courbe A pour mesurer les dommages
causés à l'organisme. C'est par exemple le cas de la formule donnant le
temps limite d'exposition tL (en h) en fonction du niveau de bruit L
[pic] valable pour L compris entre 85 dB(A) et 110 dB(A)
Dans le cas de la courbe de réponse d'un H.P. ou d'une enceinte, on pourra
pondérer avec la courbe C.
2.4 Fréquence centrale de 500 Hz
Dans le cas de mesures simplifiées, on peut n'utiliser qu'une seule
fréquence. Dans ce cas, il est d'usage dans le bâtiment, de choisir la
fréquences centrale 500 Hz, qui rend le mieux compte des bruits de voix.
3 Isolation acoustique
3.1 Définition
La fonction de l'isolation acoustique est d'empêcher la propagation du son
d'une salle à l'autre.
Cette conduction entre deux pièces peut se faire par
- Conduction aérienne (identique qu'on soit en plein air ou dans une pièce
close)
- Conduction solidienne
- Conduction par effet de vibration de paroi (semblable à celle d'une peau
de tambour) |Le Schéma 1 ci-contre montre la répartition |[pic] |
|des différentes énergies | |
| | |
|I = énergie incidente sur la paroi | |
|ER = énergie réfléchie par la paroi | |
|A = énergie absorbée dans la paroi | |
|TA = énergie due à la vibration de la paroi, | |
| | |
|transmise par voie aérienne | |
|TS = énergie transmise par conduction | |
|solidienne | |
| | |
| | |
|Schéma 1 | |
3.2 Conduction aérienne
( Dans le cas d'une conduction aérienne en champ libre, le niveau sonore
diminue de 6 dB lorsque la distance à la source double. Dans le cas d'une
pièce, ce n'est plus valable car on devra prendre en compte le champ
réverbéré.
( On constate également que les sons aigus s'amortissent plus rapidement
que les sons médium.
( La remédiation à la conduction aérienne utilise des panneaux suspendus
(signalétique), boxes et cabines
( A titre indicatif, l'affaiblissement (L = -25 dB rend encore la parole
(L0 ( 50 dB à 1 m) intelligible
tandis que (L = - 45 dB, la parole est pratiquement inintelligible (cas
des portes capitonnées)
( Dans le cas de la conduction aérienne due à des petites ouvertures,
- Le niveau sonore (dB) augmente comme le logarithme de l'ouverture
- Le phénomène de diffraction créé par les ouvertures qui se comportent
comme autant de sources, a pour conséquence une plus mauvaise transmission
des sons graves que des sons aigus.
( La décroissance de 6 dB observée lorsque la distance à la source double
n'est valable que pour une propagation sphérique à l'air libre ou en
chambre anéchoïde. Dans le cas d'une propagation en lieu clos, il faut y
ajouter la composante réverbérée (Cf § 4.2).
3.3 Conduction solidienne
Ce phénomène est perceptible surtout dans le cas de bruits d'impact riches
en harmoniques. La conduction solidienne peut répercuter des bruits d'un
bout à l'autre d'une bâtisse. Pour cette raison, elle est combattue par
l'emploi de dalles flottantes, l'insertion de silent blocks ou le
découplage du sol des machines au moyen de pieds composés de pointes
métalliques + cuvettes métalliques + feutre.
3.4 Conduction par effet de paroi
Une paroi soumise à une force extérieure F sin (t aura en première
approximation,
un comportement décrit par l'équation différentielle m d2x / dt2 = F
sin ( t
On en déduit l'amplitude de vibration de la paroi [pic]
L'amplitude de la vibration d'une paroi est fonction de l'inverse du carré
de la fréquence du son concerné.
On retrouve d'ailleurs ce type de relation dans l'étude du débattement de
la membrane d'un haut-parleur.
La conduction par effet de paroi met en jeu successivement une conduction
solidienne et une conduction aérienne.
C'est sur la conduction par effet de paroi que s'applique la loi des masses
3.5 Loi des masses Schéma 2
|La loi des masses exprime |Abaque de la loi des masses |
|une double relation : |donnant R en fonction de f et m |
|( l'atténuation d'une paroi|pour des valeurs de f égales à 125, 500, 1000, 2000,|
|est fonction croissante de |4000 Hz |
|la fréquence du signal |[pic] |
|étudié. | |
|( l'atténuation d'une paroi| |
|est fonction croissante de | |
|sa masse surfacique | |
| | |
|Cette loi des masses est | |
|utilisée dans le bâtiment | |
|sous forme d'abaques, tous | |
|générés à partir de | |
|mesures, résumables par la | |
|formule approximative [pic]| |
|valable pour des pièces |