Cours Acoustique Industrielle

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  • UNIVERSITE DE FRANCHE-COMT UFR STGI Dpartement des Sciences Louis Nel Belfort

    Master mention : Sciences pour lIngnieur Spcialit IFT: Ingnierie Fluidique et Thermique

    Bernard Lachat

    Ingnieur Acousticien Enseignant Vacataire

  • SOMMAIRE

    PAGES

    CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES ONDES SONORES 1 6

    CHAPITRE 2 ACOUSTIQUE GENERALE 7

    Les grandeurs physiques 7 Lien entre puissance acoustique et pression sonore 10 Niveaux de rfrence des dcibels 11 Addition des niveaux de bruit 15 Soustraction des niveaux de bruit (bruit de fond) 16

    CHAPITRE 3 PROPAGATION DES ONDES SONORES A L'EXTERIEUR 17

    Introduction 17 Peru d'ensemble 18 Mthode pour l'valuation de la nuisance acoustique d'une source sonore 22 Influence de la distance et effet directionnel 23 Absorption dans l'air 24 Effet d'cran 25

    CHAPITRE 4 PROPAGATION DES ONDES EN ESPACE CONFINE 27

    Comportement du son dans une salle 27 Principe de dtermination de la rverbration du local 30 Emission et dcroissance du son dans une salle 33 Rverbration - Temps de rverbration 34 Dure de rverbration optimale d'une salle 36 Les diffrents types de matriaux absorbants 37 Facteurs d'absorption de matriaux classiques 41

  • CHAPITRE 5 ISOLATION DES PAROIS 42

    Gnralits 42 Isolation d'une paroi simple 43 Isolation des parois doubles 45 Isolation aux bruits d'impact 51

    CHAPITRE 6 LE CONTROLE ACTIF DU BRUIT ET DES VIBRATIONS - REALISATIONS ET AXES DE PROGRES 54

    De la connaissance l'application industrielle 54 Rappel sur le contrle actif 54 Applications 55 57

    ANNEXE

    Bibliographie 58 Ouvrages recommands 58

  • UNIVERSITE DE FRANCHE-COMT UFR STGI Dpartement des Sciences Louis Nel Belfort

    Master mention : Sciences pour lIngnieur Spcialit IFT: Ingnierie Fluidique et Thermique

    CHAPITRE 1

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    CHAPITRE 1

    GENERALITES SUR LES ONDES SONORES

    Le son, cest tout ce que nous pouvons entendre. Les chiens et les chauves-souris, par exemple, ragissent des ondes sonores dont la frquence nettement suprieure celle que lhomme peut percevoir. Les sons peuvent tre classs sommairement en trois catgories : la parole, la musique et le bruit. La parole est en gnral agrable loreille, la musique galement, condition que lauditeur apprcie. Le bruit est un son dsagrable, donc indsirable.

    Au cours de ces deux dernires dcennies, la socit a pris nettement position contre les bruits excessifs. La pollution due au bruit a t reconnue et considre comme un danger majeur pour le bien tre de lhumanit.

    Considrons plutt les faits : 80 dcibels reprsentent peu prs la limite suprieure du niveau de bruit tolrable partir de laquelle lhomme se sent mal son aise. Au-del, les effets physiologiques sont indniables. De longues dures dexposition des bruits dont le niveau sonore est suprieur 100 dcibels risquent de provoquer des traumatismes auditifs permanents.

    Dans cet ordre dides, voici, valus en dcibels, quelques niveaux de bruits habituels :

    G Conversation courante : 60 dB. G Trafic intense : 80 dB. G Surprise partie : 90 dB. G Scie circulaire : 100 dB. G Marteau riveur : 130 dB. G Orchestre de rock 100-138 dB. G Avion ractions ( faible distance) : 150 dB.

    A partir de 140 dcibels, la douleur auditive devient intolrable.

    Les exigences de la clientle industrielle nont cess de crotre en ce qui concerne linsonorisation du matriel mcanique, de sorte que presque toutes les machines vendues actuellement ont un niveau sonore de plus en pus rduit. Il est prfrable quune machine soit conue ds lorigine pour tre silencieuse plutt que de rechercher linsonoriser une fois construite. Il arrive parfois que lon soit contraint dadopter cette dernire solution, malgr tous les soins apports par les ingnieurs respecter les principes dacoustique. Nanmoins, il est toujours prfrable de lancer une fabrication avec un prototype silencieux.

    Il est primordial dattaquer le problme du bruit, sa source, cest--dire avec les ingnieurs des bureaux dtudes. Dans bien des cas, il nen cote pas plus dtudier et de raliser une machine silencieuse quun engin bruyant, encore que le prix de revient dun dispositif silencieux incorpor entre parfois en ligne de compte.

    Les ondes sonores sont une des formes particulires des mouvements ondulatoires en gnral, qui prennent naissance dans un milieu la fois pondral et lastique. La masse ou linertie permettent aux particules dplaces par lbranlement initial de transmettre leur mouvement aux particules voisines. Llasticit tend ramener les particules dplaces leur point de dpart, la manire dun ressort.

    Lair possde la fois une masse et une certaine lasticit. Lair que nous respirons pse environ 1,2 g/l. On peut mettre en vidence son lasticit en poussant un piston dans un cylindre (pompe bicyclette) dont lorifice dchappement serait ferm. Lair comprim offre une rsistance, tout comme un ressort. Cest parce quil possde ces deux proprits que lair peut transmettre les mouvements ondulatoires.

  • 2

    Toutes les fois quun objet oscille ou vibre, il perturbe lair qui lentoure en lui communiquant ses oscillations. Ce mouvement a pour effet de faire varier la pression atmosphrique et de crer un branlement qui se transmet de particule particule en formant des zones alternes de compression et de dpression en sloignant de la source de vibrations. Cest lorsque de telles ondes frappent nos oreilles que nous avons la sensation du son qui est mis. Les ondes acoustiques qui se propagent de la source vers celui qui les coute (ou qui reoit) sont des ondes progressives. Celles qui se dplacent en sens inverse sont appeles ondes rgressives. Celles ci peuvent tre engendres par une seconde source ou par un obstacle rflecteur plac sur le trajet de londe progressive initiale. Celle-ci dvie et semble provenir de lcran ou de la paroi qui rflchit. Si londe initiale est sinusodale, londe rflchie sera galement sinusodale, mais se propagera en sens inverse. Lorsque les deux ondes se rencontrent il se produit un phnomne assez surprenant que lon rencontre frquemment. Supposons que londe acoustique initiale soit produite par un piston qui se dplace dans un cylindre dun mouvement alternatif harmonique simple. Si lon place, distance fixe de la source, un transducteur de pression capable de dtecter les niveaux de pression instantans, il indiquera les sommets et les creux de londe qui dfilera devant lui. La pression crot jusqu un maximum positif, dcrot jusqu 0, puis jusqu un maximum ngatif, remonte 0 et le cycle recommence. Un transducteur plac un peu plus loin de la source enregistrera les mmes variations de pression instantane, mais avec un certain dcalage dans le temps. Ainsi donc, toute pression sonore existant en un point donn, se manifestera en un point plus loign, mais avec un certain retard. Lorsque londe vient frapper un obstacle, elle est rflchie et se propage en sens inverse. Lorsque londe incidente et londe rflchie se rencontrent, londe rsultante ne se dplace plus. En chaque point de lespace, la pression acoustique crot et dcrot dans le temps, mais lamplitude de sa variation nest pas la mme en tous les points; en certains, elle est nulle. Il y a alors formation dondes stationnaires. Si lon dplace un microphone le long de la droite qui relie la source la surface rflchissante, on note une srie alterne de maxima et de minima de lintensit sonore. Cet effet est plus prononc si la source de bruit ne produit que des ondes sinusodales ou accompagnes de composantes de frquences distinctes. Les sons complexes, dont les composantes sont nombreuses, ont des effets compenss, de sorte quon ne remarque aucune onde stationnaire. Cependant, si elles existent sans quon puisse les identifier convenablement, elles peuvent entraner des erreurs graves dans les mesures acoustiques. Un point quil faut toujours garder en mmoire est que le son est un mouvement ondulatoire et que la connaissance du comportement des ondes acoustiques a une grande importance dans la lutte contre le bruit. Il faut en tenir compte dans ltude des silencieux, le conditionnement acoustique des enceintes, la transmission du son par des structures et galement dans la disposition judicieuse des matriaux dabsorption phonique. Quand un piston se dplace dans un cylindre dun mouvement harmonique simple, il fait varier la pression atmosphrique et produit un son. Le dplacement du piston dtermine la force de londe acoustique. Le nombre de courses compltes quil effectue par seconde, depuis le milieu du tube jusqu lextrmit oppose, puis jusqu lautre extrmit pour revenir au point mdian, constitue la frquence du mouvement, cest--dire le nombre de cycles effectus en une seconde. La dure dun cycle complet est la priode qui est donc linverse de la frquence.

    La vitesse du son dans lair dpend essentiellement de la temprature. Elle est donne par la formule simplifie:

    T20,08C O :

    C = vitesse du son en m/s T = temprature en degrs absolus ( 273 +C)

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    Ainsi, une temprature de 21C la vitesse du son dans lair serait de :

    m/s 3442127320,08C +

    Clrit du son de quelques matriaux utiliss en isolation acoustique

    MATERIAUX masse vol.

    (kg/m3) clrit (m/s)

    Brique pleine 1800 2100

    Bton cellulaire 600 1900

    Bton lourd 2300 3300

    Pltre plein 1200 2400

    Polystyrne expans 25 350

    Verre 2500 5000

    Caoutchouc lastique 1000 2000

    Plexiglas 1180 2700

    Chne dense 1000 3500

    Lige 240 500

    Eau 1000 1400

    Acier 7800 5000