Partie de la science et de la technique relative à l’étude des ondes acoustiques : production, propagation et effets. Elle fait notamment appel à des notions de mécanique et de thermodynamique. L’acoustique a des applications dans de nombreux domaines des sciences de l’ingénieur, mais aussi dans les sciences de la vie et de la terre, les sciences de la santé ainsi que dans les sciences humaines et sociales.
L’onde sonore correspond à une vibration d’un milieu mécanique (fluide, solide) qui se propage dans le temps et dans l’espace avec une célérité c dépendant du milieu de propagation. Elle est produite par une source sonore (machines, membrane de haut-parleur, cordes vocales…) et à la différence de la lumière sa propagation nécessite un milieu matériel.
Lors de la propagation d’une onde d’un point vers un autre, il n’y a pas de transport de matière, l’onde ne transporte que de l’énergie.
Sensation auditive engendrée par une onde acoustique.
Il s’agit de la vitesse à laquelle se propage l’onde acoustique. Elle dépend des caractéristiques physiques du milieu matériel que l’onde traverse. Plus le milieu est dense, plus la célérité est grande: dans l’air c ≈ 340m ⁄ s, dans l’eau c ≈ 1500m ⁄ s, dans l’acier c ≈ 5000m ⁄ s Dans l’air la célérité du son est donnée par l’expression :
Avec :
Il s’agit de la différence de pression que génère l’onde acoustique. On considère principalement la pression acoustique efficace (Peff) exprimée en Pascal.
L’oreille humaine est sensible à des variations de pression allant de 2.10-5 Pascal à 20 Pascal. L’échelle des pressions acoustiques audibles peut varier de 1 à 2 millions. De plus, l’augmentation de l’intensité acoustique subjective est la même quand la pression acoustique varie de 1 à 2 Pa ou entre 0.001 et 0.002. Pour faciliter l’évaluation de l’intensité, les scientifiques ont donc compressé la gamme en utilisant une échelle logarithmique : le décibel. Le niveau de pression sonore s’exprime en dB ou dB(A).
L’oreille humaine est sensible à des variations de pression allant de 2.10-5 Pascal à 20 Pascal. L’échelle des pressions acoustiques audibles peut varier de 1 à 2 millions. De plus, l’augmentation de l’intensité acoustique subjective est la même quand la pression acoustique varie de 1 à 2 Pa ou entre 0.001 et 0.002. Pour faciliter l’évaluation de l’intensité, les scientifiques ont donc compressé la gamme en utilisant une échelle logarithmique : le décibel. Le niveau de pression sonore s’exprime en dB ou dB(A).
Si deux niveaux de bruit sont émis simultanément par deux sources sonores, et si l’une est au moins supérieure de 10 dB(A) par rapport à l’autre, le niveau sonore résultant est égal au plus grand des deux. Le bruit le plus faible est masqué par le plus fort. 1 poids lourd = 10 véhicules légers.
Lorsqu’il y a doublement de l’énergie à la source, la sensation sonore ne double pas. La sensation de doublement de la force sonore varie selon l’importance des niveaux de pression acoustique et des fréquences qui composent le bruit. Pour un bruit de niveau sonore moyen, un individu normal aura la sensation que le bruit est deux fois plus fort lorsque l’énergie acoustique est multipliée par 10 (+10 dB). Il est d’usage de dire qu’une différence inférieure à 1dB, hors cas exceptionnel, n’est pas perceptible à l’oreille humaine.
La fréquence est l’expression du caractère grave ou aigu d’un son. Les sons graves sont dits de basse fréquence. Les sont aigus sont dits de haute fréquence. En dessous, on appelle les très basses fréquences des infra-sons, et au-delà des hautes fréquences, les ultra-sons. L’un et l’autre sont inaudibles pour l’oreille humaine. L’unité de mesure de la fréquence est le hertz (Hz). 1 hertz = 1 vibration par seconde La fréquence F est inversement proportionnelle à la longueur d’onde λ.
Avec :
Pour des raisons de physiologie de l’oreille, on utilise des filtres à largeur de bande relative constante: df ⁄ f = constante. Chaque bande est désignée par sa fréquence centrale Fc. Il y a les bandes d’octave et les bandes de Tiers d’Octave :
L’oreille humaine est capable de percevoir des sons compris entre 0 dB (seuil d’audibilité) et 120 dB (seuil de la douleur) et de fréquences comprises entre 20 Hz (sons graves) et 20 000 Hz (sons aigus).
Les niveaux sonores mesurés en dB font souvent l’objet d’une correction fréquentielle, afin de tenir compte des caractéristiques de l’oreille humaine qui ne perçoit pas les fréquences de manière linéaire. Plusieurs courbes de pondération, dites A, B et C selon le niveau reçu (respectivement faible, moyen et fort) ont alors était fixées pour bien représenter la réponse de l’oreille. Aujourd’hui, la pondération A est la plus couramment utilisée car elle est jugée comme le meilleur indice pour évaluer la gêne sonore réelle perçue par les personnes. Les mesures sont, sauf information contraire, exprimées en dB(A).
Le Leq (le niveau sonore équivalent) représente le niveau sonore fictif moyen qui aurait résulté de la mise en jeu de la même énergie acoustique totale que le bruit fluctuant réel pendant cette période. Il correspond à la moyenne logarithmique du niveau sonore sur une période donnée. LAeq (en dB(A)).
Lorsque l’onde acoustique atteint une paroi, il se produit principalement trois phénomènes :
La réflexion du son sur les parois constitue ce qu’on appelle la réverbération du local. Le champ direct dans un local est constitué des ondes qui se propagent directement de la source vers l’observateur sans subir de réflexion sur les parois. Le champ réverbéré est formé par les ondes qui ont subi au moins une réflexion.
La réverbération d’une paroi est sa capacité à absorber ou réfléchir les ondes sonores. La performance d’absorption d’un matériau est définie par son coefficient d’absorption α.
La durée de réverbération Tr d’un local va permettre de caractériser la réverbération. Celle-ci est définie comme le temps mis par un son que l’on interrompt soudainement pour décroitre de 60dB(A).
Il peut également être calculé à partir de la formule de Sabine et des caractéristiques d’absorption des matériaux αS.
Avec :
Avec αsi : coefficient d’absorption relative à la surface Si
Attention, la formule de Sabine n’est pas toujours applicable pour les grands volumes.
L’isolement d’une paroi est sa capacité à ne pas transmettre le bruit. Le bruit généré dans une salle vers une autre se transmet par voie directe et par les voies latérales
L’isolement acoustique est défini par l’indice d’isolement brut D en dB défini par D = L1 - L2
Avec :
Afin de tenir compte des caractéristiques internes d’un local, en particulier la réverbération du local, l’indice d’isolement aux bruits aériens utilisé est l’isolement standardisé Dnt qui s’exprime ainsi.
Avec :
Ce calcul doit être fait pour toutes les bandes de fréquences.
Afin de simplifier encore la compréhension, la norme européenne EN ISO717-1 précise une méthode qui définit un indice unique, le Dntw (C Ctr) pour caractériser l’isolement d’un local selon le type de bruit émis. Ainsi, pour le bruit du trafic routier ou aérien, on utilise l’indice Ctr (isolement au bruit route), l’indice C sera quant à lui plutôt utilisé pour les isolements entre locaux (isolement au bruit rose).
L’isolement D ou Dntw (C Ctr) peut également être calculé à partir de l’indice d’affaiblissement acoustique des matériaux R ou Rw (C Ctr) mesuré en laboratoire et qui définit la performance isolante intrinsèque des matériaux.
Les bruits d’impact ont pour origine un choc ou une vibration : déplacement de personnes (talons), déplacement de meubles, chutes d’objets. Ces bruits d’impact ou bruits solidiens sont ensuite transmis dans les locaux mitoyens par la mise en vibration de la structure et des parois du bâtiment (planchers et murs).
L’isolement aux bruits d’impacts Ln en dB correspond au niveau sonore relevé dans le local récepteur lorsque le plancher du local émetteur est excité par une machine à chocs normalisée. Plus la valeur Ln mesurée est faible, plus l’isolement aux bruits d’impacts est bon.
Afin de tenir compte des caractéristiques internes du local récepteur, en particulier la réverbération du local, l’indice d’isolement aux bruits d’impacts utilisé est l’isolement standardisé Lnt en dB qui s’exprime ainsi.
Avec :
Ce calcul doit être fait pour toutes les bandes de fréquences.
Enfin, comme pour l’isolement aux bruits aériens, la norme européenne EN ISO717-2 précise une méthode qui définit un indice unique, le Lnw pour caractériser l’isolement global aux bruits de chocs d’un matériau.
