090304 Cours environnement - acoustique...

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Acoustique environnementale

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2Acoustique Environnementale / Chapitre 08

Acoustique environnementale Chapitre 08 : Les traitements acoustiques

HECF - ISIMsIng. M. Van Damme

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Généralités

Bruit = forme d’énergie Trois possibilités d’action :

- Diminuer la quantité de bruit émise par la source,

- Modifier la propagation de l’énergie,

- Protéger le récepteur de l’énergie qui l’atteint.

Premier objectif : agir à la source.

Efficacité <> économie financière.

Principes généraux de lutte contre les bruits

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Maintenance

Équipement mal entretenu = équipement plus bruyant.

Par exemple, bruits générés :

- Fuites de vapeur,

- Roulements défectueux,

- Engrenages usés,

- Éléments rotatifs mal équilibrés,

- Lubrification insuffisante de pièces mobiles,

- Articulations ou cames mal ajustées,

- Garde au sol d’une machine trop faible contacts inutiles bruit inutile.

= sources de bruit dont l’émission peut être immédiatement contrôlée.

Modifications minimales d’équipements

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Modification des postes de travail

Surexposition inutile du travailleur au bruit.

par exemple : poste de commande d’un processus situé près d’une source de bruit.

Situation parfois améliorable :

- Éloignement de la source,

- Éloignement du pupitre de commande,

- Installation du poste de commande dans une cabine ou un refuge à proximité.

Traitement du bruit par déplacement de la position des commandes.

Dans le cas de l’utilisation d’une cabine : de 10 à 30 dB(A) d’amélioration (mesure à la position initiale et mesure à la position finale de l’opérateur). Fonction de la qualité des portes et des fenêtres ou de la présence d’ouvertures.


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Modification des grilles horaires de production

Mesure hypothétique sur le plan économique : échelonnement de la production.

Maintien de l’exposition au bruit des travailleurs sous la limite acceptable.

Autre moyen : rotation du personnel entre postes bruyants et calmes mais contraintes techniques.


Déplacement des équipements

= alternative à la modification des postes de travail qui peut s’avérer utile.

Rencontré principalement dans les ateliers de travail manuel où les machines sont alignées.

Autre solution : concentrer les équipements qui ne demandent pas une attention constante (pompes, ventilateurs, systèmes hydrauliques, conduites d’air et de vapeur,…) dans des locaux inoccupés

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Généralités

Les sources de bruit ne doivent pas être placées près des coins.


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Généralités

Changer une technique industrielle sur base des seules considérations acoustique = presque toujours économiquement et/ou techniquement inenvisageable. Mais pourtant idéal car :

- action directe sur la source le plus performant des trois traitements,

- Permet d’éviter l’utilisation d’écrans, de capots, d’absorbants…

Lors de la mise en place d’un nouvel équipement : possibilité de choisir un équipement plus silencieux ou plus facile à insonoriser

Evolution des techniques industrielles :

- une tendance de plus en plus silencieuse (grâce à la recherche et à la qualité des matériaux)

- À l’inverse : des matériaux plus légers et plus rayonnants (ossature en tôle remplace la fonte),

des angles droits au lieu de formes arrondies,

vitesses de fonctionnement plus élevées.

Nouvelle conception de l’équipement

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Généralités

Le bruit est toujours produit par des changements de force, de pression ou de vitesse. De grands changements provoquent des niveaux de bruit élevés, de petits changements produisent des niveaux sonores moindres.

Application à une ligne de découpe :


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Généralités

Plus rapide est le changement de la force, de la pression ou de la vitesse et plus dominant est le contenu en hautes fréquences.


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Généralités

Plus lentes sont les répétitions, plus le bruit sera riche en basses fréquences.


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Généralités

Le bruit en hautes fréquences est très directionnel et peut être facilement réfléchi.


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Généralités

Il faut rendre les surfaces vibrantes les plus petites possibles. Un objet présentant une petite surface peut vibrer intensément sans provoquer de radiation excessive de bruit. Plus hautes sont les fréquences, plus petite doit être la surface pour prévenir toute gêne de bruit irradié.


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Généralités

Il faut rendre les surfaces vibrantes les plus petites possibles.


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Généralités

Les plaques fortement perforées génèrent moins de bruit.


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Généralités

Une plaque allongée et étroite produit moins de bruit qu’une plaque de forme carrée.


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Généralités

Application aux transmissions par courroies.


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Généralités

Les plaques avec des bords libres génèrent moins de bruit en basses fréquences.


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Généralités

Il est plus facile d’amortir une résonance translatée en hautes fréquences.


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Modification du fonctionnement d’un équipement – exemple : la raboteuse

Modification du fonctionnement = plus de possibilités pour réduire le bruit au stade des études qu’un remplacement pur et simple.

Raboteuse : une des sources les plus prolifiques parmi les mécanismes générateurs de bruit.

A vide : bruit aérodynamique à large bande + sons purs.

Système d’extraction des copeaux : courant d’air qui traverse plusieurs parties : bruit large bande + sons purs (fondamentale + harmoniques de la fréquence de passage des lames).

Lors du rabotage d’un élément : succession périodique d’impacts des lames sur le bois + vibration de la pièce de bois + vibration de la table.

Contraintes pour l’étude de la réduction du bruit : vitesse de rotation doit rester fixe, jeu entre les lames et la table souhaitable pour la coupe.

Solutions trouvées : réduire la pression de part et d’autre des lèvres par :

- Création de fentes et d’encoches,

- Mise en place d’un sytème de lames hélicoïdales - 20 dB(A) !


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Modification du fonctionnement d’un équipement – exemple : impacts continus

Par exemple les équipements d’imprimerie, les métiers à tisser, les toboggans d’objets durs débouchant sur des plaques métalliques

Solutions trouvées : réduire le bruit des impacts générés (spectre large MF et HF)

- Utilisation de matériaux éliminant les forces de percussion : plastiques mécaniques, nylon, polyéthylène…

- Application de matériaux amortissants pour réduire les vibrations : feuilles de caoutchouc ou de plastique sur les tôles.

- Mise en place de garnitures absorbantes pour réduire les réflexions sur les surfaces dures.


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Généralités

Les objets légers et les faibles vitesses de chute génèrent le plus faible bruit d’impact.

Traitements simples des machines

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GénéralitésUne surface amortie génère moins de bruit


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Généralités

Vibrations forcées (p. ex. Contact avec une source vibrante primaire) techniques d’isolation vibratoire :

- Interposition d’un matériau élastique entre la source et la surface vibrante.

- Systèmes de contrôle des vibrations : ressorts, néoprène, liège, feutre, LM… action directe sur la source.

- Amortissement des surfaces rayonnantes : matériaux collés, peints ou vaporisés, bandes d’aluminiums, produits multicouches… en fonction de la T°, de l’humidité, de l’exposition chimique.

- Élimination ou adoucissement (par bourrage) des impacts aux points de fixations.

- Immobilisation des éléments ballotants.


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Généralités

Une surface amortie génère moins de bruit


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Généralités

Une résonance amplifie le bruit mais on peut y apporter de l’amortissement.


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Généralités

Lorsque le bruit structurel atteint une grande surface, le bruit aérien rayonné peut devenir un problème.La meilleure solution est d’arrêter les vibrations aussi près que possible de la source.


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Généralités

Eviter les transmissions par l’interposition d’une masse lourde


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Généralités

Machines lourdes Basses fréquences

vibrations de la dalle de support Alourdir celle-ci.


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Supports antivibratiles

Systèmes de contrôle des vibrations : ressorts, néoprène, liège, feutre, LM… action directe sur la source.


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Amplification du bruit à la fréquence fondamentale


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Démarrage des machines : passage par la fréquence fondamentale


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Niveaux de vibrations BF élevés socle indépendant lourd


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! Ne pas placer la machine directement sur les appuis antivibratiles : masse de support nécessaire !


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Généralités

Transmissions des vibrations par les canalisations


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Absorption acoustique des matériaux poreux

Matériau dikte (mm) 125 250 500 1000 2000 4000Laine minérale (12 kg/m³) 45 0.16 0.39 0.8 0.96 1.09 1.2Laine minérale (55 kg/m³) 60 0.09 0.28 0.74 1.03 1.13 1.18PU à cellules ouvertes 70 0.11 0.27 0.59 1.08 1.07 1.02Blocs de béton 100 0.06 0.08 0.11 0.27 0.51 0.47

Absorption acoustique des panneaux

Matériau 125 250 500 1000 2000 4000Multiplex 4 mm sur lattage 0.22 0.12 0.14 0.06 0.04 0.09(2.9 kg/m²)avec vide de 60 mmidem avec 40mm 0.5 0.2 0.12 0.06 0.04 0.09Laine minérale

Traitement par absorption d’un local

Matériaux utilisables. Voir tableau complet Ch.06

Techniques sur base d’équipements additionnels

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Problème de base : investissement important, par une entreprise, dans deux poinçonneuses pouvant travailler des tôles épaisses. But : leur permettre de fonctionner un maximum de temps tout en respectant 85 dB(A) au sein de l’atelier dans lequel elles se trouvent.

Description du local :

- L = 36 m

- l = 27 m

- H = 3.2 m

- Deux parois vitrées

- Murs, planchers et colonnes en béton.

- Encombré d’autres postes de travail divers.

- Poinçonneuses placées dans un coin du local.

Contraintes techniques :

- Moyens financiers limités,

- Accessibilité nécessaires aux machines pas de local séparé.


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Résultats des mesures acoustiques avant traitement


91.5 dB(A)Atelier en fct, 1 poinçonneuse en fct.

93 dB(A)Atelier en fct, 2 poinçonneuses en fct.

72 dB(A)Atelier en fct, poinçonneuses à l’arrêt

Lp au point I Conditions de mesure

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Analyse des résultats des mesures acoustiques avant traitement

- Graphique graphique

mesuré théorique

(cf Ch.06)

contradictions entre les deux graphiques : expliquées car :

- poinçonneuses situées à proximité des parois réfléchissantes zone très réverbérante répartition non uniforme des surfaces absorbantes,

- atelier plat critère de rapport longueur/largeur non respecté (L < 5.h),

- sol de l’atelier très encombré atténuation de la propagation des ondes acoustiques.


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Principe du traitement adopté

- Encoffrement des machines non acceptable (critères d’accessibilité),

- Traitement du plafond : efficace sur l’ensemble du spectre. Descriptif :


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Surface traitée :


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Efficacité du traitement :

Diminution du niveau sonore de 3 à 4 dB(A).


Difficulté de la prédiction en acoustique…

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Baffles acoustiques


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Un maximum d’absorption


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Matériaux perforés + LM


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α - Sabine

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

125Hz

250Hz

500Hz

1000Hz

2000Hz

4000Hz

Freq

α Sa

bine

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0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

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

Alfa

Allegro10 400 25

Moderato10 400 25

Vivace10 400 25

Andante10 400 25

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

f [Hz]

soun

d ab

sorp

tion

inde

x αS


Plafons microperforés + absorption


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Absorption dans les basses fréquences par panneaux


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Atténuation à l’aide d’écrans acoustiques


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NBN EN 1793-1 : - Fixe les conditions de montage de

l’échantillon,

- Norme EN 20354 pour la mesure

- Définit la méthode de calcul du DLa et de la

classe d’absorption

NBN EN 1793-1:1997 – Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier – Méthode d’essai pour la détermination de la performance acoustique – Partie 1 : caractéristiques intrinsèques relatives à l’absorption acoustique.

Wincidente

Wréfléchie

Wabsorbée

Wtransmise

Caractérisation des écrans acoustiques


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Conformes à l’EN 20354 avec les modifications suivantes :

- Même montage qu’en situation réelle (assemblages et joints d’étanchéité),

- Au moins un poteau (> 2m) doit être inclus dans l’échantillon à tester.

- Echantillon posé au sol.

Conditions de montage des écrans acoustiques en chambre réverbérante


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Coefficient d’absorption

Quand le bruit arrive sur une surface :

- Une partie est réfléchie,

- Une partie est transmise,

- Une partie est absorbée.

On définit le coefficient d’absorption alpha :

10 <=<incidente

absorbée

EEα

Il est fonction de :

- La fréquence de l’onde sonore incidente,

- L’angle de l’onde sonore incidente. Mais en pratique, valeurs données pour un champ diffus.

Wincidente

Wréfléchie

Wabsorbée

Wtransmise


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Temps de réverbération

Il s’agit du temps nécessaire à un bruit, après extinction de la source, pour décroître de 60 dB. Mesure en sec.

Formule de Sabine :

Avec S = 16 m² et V = 342 m³

SVT

α161.0

=

60 dB

T s

t1 t2 Temps [s]

Niv

eau

de p

ress

ion

acou

stiq

ue e

n un

poi

nt [

dB]


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Détermination d’un spectre des valeurs alpha du dispositif de réduction du bruit de trafic

Coefficient d’absorption


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A partir du spectre mesuré Alpha et du spectre sonore normalisé de la circulation (ISO 1793-3) :

Calcul du DLa

-25

-20

-15

-10

-5

0

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1,00

01,

250

1,60

02,

000

2,50

03,

150

4,00

05,

000

Frequency [Hz]

Nor

mal

ized

traf

fic n

oise

spe

ctru

m [d

B]

dB][10

101lg10 18

1

10/

18

1

10/

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−−=∑

∑

=

=

j

L

j

LSi

j

j

DLα

α


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Sur base du DLa

Calcul de la classe d’absorption


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NBN EN 1793-2 :

- Fixe les conditions de montage de l’échantillon,

- Norme EN ISO 140-3 pour la mesure

- Définit la méthode de calcul du DLR et de la

classe d’isolation

NBN EN 1793-2:1997 – Dispositifs de réduction du bruit du trafic routier – Méthode d’essai pour la détermination de la performance acoustique – Partie 2 : caractéristiques intrinsèques relatives à l’isolation aux bruits aériens.

Wincidente

Wréfléchie

Wabsorbée

Wtransmise


Caractérisation des écrans acoustiques

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MESURE DE L’INDICE D’AFFAIBLISSEMENT ACOUSTIQUE R

= “résistance de 1 m² d’un élément de construction contre le passage du bruit”

R = 10log (Wincid/Wtransm)

Méthode de mesure selon EN ISO 140-3: 1995

Wincidente

Wréfléchie

Wabsorbée

Wtransmise


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Caractéristique principale des cellules d’essai : transmissions latérales extrêmement faibles

émissionréception

Montage en laboratoire de l’écran acoustique


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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

Fréquence (Hz)

Nive

au (d

B)

Principe de la détermination de l’indice d’affaiblissement acoustique


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On mesure : le niveau d’émission L1 (bruit rose +/- 100 dB ), par 1/3 d’octave,

le niveau de réception L2, par 1/3 d’octave,

le temps de réverbération de la salle de réception T, par 1/3 d’otave,

les dimensions S de l’élément et le volume de la salle de réception V.

A partir de ces valeurs, on calcule R par :

R n’est donc pas une valeur unique mais bien une valeur par 1/3 d’octave:On a ainsi le spectre des valeurs de R à 100, 125, 160... 5000 Hz.

Principe de la détermination de l’indice d’affaiblissement acoustique


ASLLR lg1021 +−=

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Spectre de R ramené à une valeur unique Rw, corrigée de deux termes.

Rw (C,Ctr) = 30 (-1,-5) dB

Procédure normalisée par ISO 717-1


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( )

[dB]10

10lg10 18

1

10/

18

1

10/

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−=∑

∑

=

=

−

j

L

j

RL

Rj

jj

DL

A partir du spectre mesuré R et du spectre sonore normalisé de la circulation (ISO 1793-3) :

Calcul du DLR

-25

-20

-15

-10

-5

0

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1,00

01,

250

1,60

02,

000

2,50

03,

150

4,00

05,

000

Frequency [Hz]

Nor

mal

ized

traf

fic n

oise

spe

ctru

m [d

B]


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Sur base du DLR

Calcul de la classe d’isolation


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Calcul de l’atténuation du bruit par un écran acoustique à l’extérieur

Plusieurs méthodes en application :

- ISO 9613-2 – méthode complète, voir chapitre 04 :

- Méthodes simplifiées sur base d’abaques

- Logiciels


⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+= météoZ zKCCD 3

23lg10λ

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Méthode de calcul rapide de l’atténuation du bruit par un écran acoustique à l’extérieur

L’atténuation DL de l’écran dépend :

- De l’emplacement de l’écran,

- De la fréquence du bruit.

- De la nature de l’écran (du DLR et du DLa)


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Atténuation DL d’un écran en fonction de la fréquence et de la distance d :

Indispensable de connaître le niveau de pression par bandes de tiers d’octave et la directivité de la source

! Les valeurs s’appliquent à un spectre pondéré A !


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Exemple : A une distance de 12m, on mesure le spectre suivant émis par une tour de refroidissement.

Quelle sera l’atténutation apportée par un écran d’une hauteur de 4m, situé à une distance de 4m ?

GlobaldB(A)

4000 (dB)

2000 (dB)

1000 (dB)

500 (dB)

250 (dB)

125 (dB)

63 (dB)

f (Hz) :

58585349 57 635339Lp

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Exemple : A une distance de 12m, on mesure le spectre suivant émis par une tour de refroidissement.

Quelle sera l’atténutation apportée par un écran d’une hauteur de 4m, situé à une distance de 4m ?

La valeur maximale de la dernière ligne détermine la performance de l’écran : DL = 58 – 43 = 15 dB

47.530364043413930Lp2

-23-21-18-15-12-10-9DL

GlobaldB(A)

4000 dB(A)

2000 dB(A)

1000 dB(A)

500 dB(A)

250 dB(A)

125 dB(A)

63 dB(A)

f (Hz) :

58585349 57 63.55339Lp1

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Tenir compte de la transmission sur les côtés quand l’écran nest pas assez long.

L’atténuation de chaque côté de l’écran est déterminée de la même façon que pour la partie supérieure de l’écran.

On calcule l’atténuation totale de l’écran à l’aide du tableau suivant : atténuation résultante de deux atténuations :


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Exemple : L’atténuation d’un écran est de 15 dB(A) par le haut, 13 dB(A) par le côté droit et 11 dB(A) par le

côté gauche. Quelle est l’atténuation résultante ?

Entre les côtés gauche et droit : 13 – 11 = 2 dB(A) 11 – 2 (tableau) = 9 dB(A)

Entre le haut et la résultante des côtés : 15 – 9 = 6 dB(A) 9 – 1 (tableau) = 8 dB(A)

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Seconde méthode de calcul rapide de l’atténuation du bruit par un écran acoustique

L’atténuation DL est égale à :


Avec : f : fréquence centrale de la bande de fréquence d’octave

c : vitesse du son : 340 m/s à 20°C

d : tel que

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+=Δ

cfL δ2lg1013

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Troisième méthode de calcul rapide de l’atténuation du bruit par un écran acoustique

L’atténuation DL est fonction du produit d.f tel que :


2019181716151413121110987DL

8006305004003152502001601208060402010d.f

Exemple : Quelle est l’atténuation apportée par l’écran à 1000 Hz dans les conditions suivantes :

ST = 3.8 m,

TR = 4.8 m,

SR = 8.0 m.

Soit d= 3.8 + 4.8 – 8 = 0.6

Donc : d.f = 0.6 * 1000 = 600

Donc : 19 dB d’atténuation à 1000 Hz

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Exercice récapitulatif sur les écrans acoustiques

Soit la situation présentée sur la figure suivante. La source de bruit est une pompe à chaleur. Les occupants du bâtiment 2, situés à l’étage R se plaignent du bruit perçu. A 2m du groupe, on mesure les Lp suivant,

On demande :

- Le niveau de pression acoustique pondéré A en façade du bâtiment 2, étage R,

- L’atténuation apportée par un écran tel que présenté sur le schéma ci-dessus.

6265656668687072Lp

800040002000100050025012563Oct.


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Encoffrement des machinesEfficacité en fonction du type d’encoffrement

Capotage semi-ouvert : Capotage fermé :

5 à 15 dB(A) 20 à 35 dB(A)


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Encoffrement des machinesMatériaux : lourds (acier, multiplex), combinés à un absorbant.


Ex. Composition :

- Acier perforé à 45%, ép. 1 mm

- Voile de verre (protection)

- Laine minérale

- Acier plein ép. 1.5 mm

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Encoffrement des machines

Efficacité d’un élément de capotage : mesure en laboratoire (ISO 140-3)


ASLLR lg1021 +−=

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Encoffrement des machines

Efficacité d’un élément de capotage : résultats de mesures en laboratoire (ISO 140-3)


10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

f [Hz]

R [d

B]

Rw 44.0 41.0 52.0 40.0Rw+C -2.0 -3.0 -3.0 -2.0Rw+Ctr -8.0 -8.0 -9.0 -8.0Cat IIIb IVa IIb IVa

R (dB)perfo/visco perfo1.5 plein perfo1.2

01 02 03 04

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Les silencieux

= Atténuation du bruit dans les conduites de ventilation.

Mesure de l’efficacité : mesure du niveau de bruit avant et après insertion du silencieux.

Le silencieux est placé le plus près possible de la source de bruit (le ventilateur).


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Silencieux passifs les plus utilisés, les plus connus, les plus anciens.

Constitution : caisson rigide étanche (p. ex métallique), matelas de matériau absorbant (LM), tôle perforée.

Deux grandes familles ; à baffles parallèles ou cylindriques

Les silencieux passifs


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Performances des silencieux passifs cylindriques : sur base d’abaques fournies par les fabricants



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Applications dans les conduites d’évacuation



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Performances des silencieux passifs à baffles parallèles : sur base de tableaux



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Performances des silencieux passifs à baffles parallèles.



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Description des silencieux passifs à baffles parallèles.

Sélection d’un silencieux :

- L’atténuation par bandes d’octave,

- Le coût,

- Le poids,

- L’encombrement,

- Les pertes de charge.



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Changement de section = réflexion du bruit

Les silencieux réactifs


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Principe : émission d’un bruit antagoniste (= en opposition de phase au bruit à traiter).

Efficaces surtout dans les basses fréquences.

En général : silencieux actifs = silencieux mixtes (passifs pour les MF et HF)

Système en général auto-adaptatif au débit du ventilateur utilisables sur systèmes à débit variable

Les silencieux actifs


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Principe de fonctionnement.

Les silencieux actifs


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Bibliographie du paragraphe – compléments d’informations

Les traitements acoustiques

• ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT – C. Mertens – Institut des Arts de Diffusion, Louvain-la-Neuve – 2004.

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

• L’ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT PAR L’EXEMPLE – M. Meisser – Le Moniteur, Paris – 1994.

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

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

• DOSSIERS DE DÉVELOPPEMENT – M. Van Damme – CSTC, Limelette – 2001/2005.

• NOISE NEWS - SWEDISH WORK ENVIRONMENT FUND - Stig Ingemansson, Claes Folkesson – 1994.

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

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