Acoustique Généralités Définition : Le son est une sensation auditive engendrée par une onde acoustique qui résulte d'une vibration de l'air (pression / dépression). La propagation du son se fait dans toutes les directions à travers les gaz, les liquides et les solides selon des vitesses propres à chaque milieu ( 340 m/s dans l'air). ≈
Caractéristiques : Le son est caractérisé par sa fréquence en Hz (Hertz) et par son niveau de pression en dB (Décibel).
Pression
La fréquence : Nombre de fluctuations de la pression par seconde, exprimée en Hz. L'oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est située entre 20 et 20000Hz. Les réglementations et les normes pour l' acoustique du bâtiment ne prennent en compte que les fréquences comprises entre 100 et 5000 Hz.
Pression
Plus la fréquence est élevée plus le son est aigu.
Le niveau de pression : Un niveau de pression en dB quantifie l'amplitude d'un son.La pression acoustique s'exprime en Pa (Pascal). L'oreille humaine détectant les sons dont l'amplitude varie de 2.10 -5 à 20 Pa, une échelle logarithmique a été créée pour per mettre de réduire l' étendue de pression. Lp = 20 log (P / P 0 ) P : pression efficace mesurée en Pa P0 : pression de référence 2.10-5 Pa
Niveau sonore en dB
Pression en Pa
120 100 80 60 40 20 0
20 2 0,2 0,02 0,002 0,0002 0,00002
Plus l'amplitude est élevée plus le son est fort
Spectre de bruit : Le bruit est une superposition de sons à différentes fréquences , de différentes amplitudes. Le niveau de bruit, exprimé en dB pour chaque fréquence en Hz, représente le spectre de bruit.
ANALYSE PAR 1/3 D' OCTAVE
ANALYSE PAR BANDES D' OCTAVES
60
60
) 50 B d 40 (
) 50 B d 40 (
u 30 a e v 20 i n
u 30 a e v 20 i n
10
10
0 10 0
1 25 25
16 0
20 0
2 50 50
31 5
4 00 00
50 0
63 0
80 0
10 00 00 1 25 25 0 1 60 60 0 20 200 0 2 50 500
Fréquence (Hz)
4
3 15 150 4 00 00 0 5 00 000
0 125
250
500
Fréquence (Hz)
1000
2000
4000
Acoustique Généralités ECHELLE DE BRUIT en dB Seuil de douleur
Avion au décollage
Usine bruyante
Marteau piqueur Poids lourd
Hurlements de bébé
Télévision dans un salon
Bureau calme Vent dans les arbres
Chambre calme la nuit
Seuil d’audibilité
ADDITION DES NIVEAUX DE BRUIT l'addition de niveau de pression en dB est différente d'une addition classique Addition de niveaux identiques
95 dB
95 dB
98 dB
Lp total = Lp + 10 log(nb de sources de bruit) = 95 +10 log2 = 98dB
Addition de niveaux différents
80 dB
95 dB
Lp total = 10 log( Σ 10Lpl/10) = 10 log(10 80/10 +1095/10) = 95dB
95 dB
5
Acoustique Généralités
Le comportement acoustique des parois : Lorsque l' énergie acoustique (énergie incidente) rencontre une paroi : une partie de l' énergie est réfléchie par la paroi une partie de l' énergie est absorbée par la paroi une partie de l' énergie est transmise au travers de la paroi
Absorption acoustique : L' absorption acoustique a pour but d' améliorer le confort acoustique à l' intérieur d' un local en minimisant l' énergie réfléchie. La capacité d' une paroi à absorber le bruit est caractérisée par son coefficient d'absorption acoustique α . Plus α est proche de 1, plus la paroi est dite absorbante
Isolation acoustique : L' isolation acoustique a pour but d' empêcher le bruit de passer à travers une paroi en minimisant l' énergie transmise. La capacité d'une paroi à la transmission des bruits aériens est caractérisée par son indice d'affaiblissement acoustique R en dB, indice qui ne tient pas compte des transmissions latérales. Plus R est grand plus la paroi est performante
Isolation acoustique :
Absorption acoustique :
But : Empêcher le bruit de passer à travers une paroi, minimiser l'énergie transmise Indice d'affaiblissement d'une paroi
But : Améliorer le confort acoustique d'un local, optimiser L'énergie réfléchie Cœfficient d'absorption d'une paroi
R(dB)
α
Energie absorbée
Energie transmise
6
Energie rééchie
Acoustique Isolement LES MESURES EN LABORATOIRE Une paroi s’oppose plus ou moins à la transmission des sons : il y a donc moins de bruit de l’autre côté de la paroi. Exemple : - Atelier bruyant qui ne doit pas gêner le voisinage. - Bureau près d’un aéroport qui ne doit pas être gêné par le passage des avions.
La capacité d’une paroi à s’opposer à la transmission du bruit est caractérisée par son : “Indice d’Affaiblissement” : “R” “R” est le résultat d’une mesure en laboratoire sur un échantillon de 10 à 15 m2 placé entre deux salles. En simplifiant : - un bruit connu est émis d’un côté, - on mesure le bruit reçu de l’autre côté, - la différence et un calcul donnent l’isolement de la paroi, - les valeurs sont mesurées à différentes fréquences entre 100 et 5000 Hertz - le résultat est une courbe : R (dB) = f (Hz). Emission
dB
0
Reception
dB
Hz
dB
Hz
0
Spectre d'isolement
Hz
0
INDICE DE MESURE EN LABORATOIRE Indice d'affaiblissement acoustique aux bruits aériens :
dB Bruit rose
Rw (C;Ctr) en dB RA = Rw + C en dB RA,tr = Rw + Ctr en dB
Hz
0 C et Ctr étant des termes correctifs à ajouter à Rw, une équivalence avec les anciens indices Rrose et Rroute, peut être établie :
dB
RA ~Rrose -1 et Ra,tr ~ Rroute
Remarque : La valeur d'isolement est valable dans les deux sens : intérieur <=> extérieur
Bruit route
0
Hz
INDICE DE MESURE IN-SITU Indice d'affaiblissement des bruits aériens : DnT,w (C;Ctr) en dB DnTA = DnT,w + C en dB DnT,A,tr = DnT,w + Ctr en dB
7
Acoustique Isolement L’indice d’affaiblissement “R” caractérise les performances d’une paroi à s’opposer à la transmission des sons. On peut maîtriser le niveau de bruit de l’autre côté d’une paroi.
Exemple : un atelier a un niveau de bruit intérieur élevé : - la réglementation impose de respecter en limite de propriété, un niveau à ne pas dépasser - la paroi de l’atelier va permettre de diminuer la transmission du bruit.
En fonction : du spectre du bruit intérieur, du niveau de bruit à respecter en limite de propriété, d’un calcul prenant en compte la distance (paroi-limite), de la notion d’émergence (bruit intermittent). Il est possible alors de définir le spectre d’isolement que doit avoir la paroi.
La paroi n’étant pas homogène (bardage, couverture + translucide + ouvertures +...) c’est grâce aux indices “R” ou, mieux, aux spectres d’isolement que l’acousticien détermine l’indice global de la paroi.
X dB(A)
dB
Distan ce
Emission 0
Hz
Le “R” global est très influencé par le “R” le plus faible des composants. Rg = f(R1....R4)
dB
té é i r r op p e d e t iL mi
Réception
0
Hz Y dB(A)
Décret n° 95-408 du 18-04-95
Emergence
dB
Emission
0
Bruit
Niveau Niveau de bruit de bruit X1 db(A) X2 db(A)
Hz
Emergence ≤ (5+C) dB(A) de 7h à 22h Emergence ≤ (3+C) dB(A) de 22h à 7h
C : terme correctif qui tient compte du temps journalier d'existence du bruit Par exemple : C = 2 dB(A) si t bruit/jour = 1h C = 0 dB(A) si t bruit/jour > 4h
Réception
Emergence = (X1 - X2)dB(A)
8
Acoustique Absorption
Une paroi peut absorber ou réfléchir plus ou moins les sons (analogie avec la lumière : miroir ou tableau noir). Dans un local ayant des parois réfléchissantes (cathédrales) on peut entendre plusieurs fois un son (écho). Le niveau de bruit est donc amplifié par rapport à un local où les parois seraient absorbantes. Dans un local, il se passe un certain temps pour obtenir une chute de 60 décibels après coupure de l’émission sonore : ce temps est appelé “durée de réverbération” “Tr”. La mesure de cette “durée de Réverbération” est normalisée. Pour un local, la durée de Réverbération “ Tr “ est fonction de la nature de ses parois. Si les parois sont réfléchissantes le “ Tr “ sera long , si elles sont absorbantes, le “ Tr “ sera court.
Exemple : - Dans le cas d’un gymnase où l’absorption acoustique a été négligée les moniteurs sont mal compris (brouhaha) - Salle de classe non traitée, la communication est difficile, certaines syllabes sont déformées.
La capacité d’une paroi à absorber ou réfléchir les sons est caractérisée par son coefficient d’absorption “ αw” Le coefficient d’absorption “αw” est le résultat d’une mesure en laboratoire sur un échantillon de 10 à 12 m 2 placé dans une salle réverbérante (les parois sont réfléchissantes)
En simplifiant : on mesure le Tr de la salle avec la ma quette on mesure le Tr de la salle vide. la comparaison par calcul donne “α w” du matériau testé. les valeurs sont mesurées à différentes fréquences entre 100 et 5000 Her tz. le résultat est une courbe “ α“ = f ( Hz) C’est le spectre d’absorption
Mesure Tr dans la salle avec maquette
Mesure Tr dans la salle vide dB
Spectre d’absorption après calcul dB
60 dB
60 dB Tr Temps
0
Tr
Temps
0
Hz
Remarques : Plus “ α” est grand, plus le matériau absorbe : le maximum théorique est “ α” = 1 Absorption totale = une fenêtre ouverte La mesure en laboratoire peut donner des valeurs de “ α“ supérieures à 1 : c’est parfois le cas des profilés nervurés dont la surface développée est supérieure à la surface projetée prise en compte dans la mesure.
9
Acoustique Absorption Coefficient d’absorption “αw” Le coefficient d’absorption “αw” caractérise les performances d’une paroi à absorber les sons. on peut donc maîtriser la durée de réverbération d’un local en choisissant des produits en fonction de leur performance d’absorption.
Exemple : pour un gymnase, la réglementation (norme NF P 90.207) recommande une durée de réverbération moyenne fonction du volume du gymnase : les parois doivent être plus ou moins absorbantes pour respecter cette durée de réverbération.
En fonction : du volume du gymnase, de la nature et la surface des parois, il est possible par calcul plus ou moins sophistiqué d’estimer la durée de réverbération. Les parois doivent également avoir des fonctions esthétique, thermique, mécanique, de transparence : c’est avec les valeurs “ α“ des différents produits que l’acousticien détermine les surfaces à traiter. Le local ne doit pas être traité par excès : durée de réverbération trop faible = salle trop sourde : il faudra élever la voix pour communiquer, la sonorisation sera difficile et l’intelligibilité ne sera pas optimisée.
Longueur : 45 m Largeur : 28 m Hauteur moyenne : 9 m Volume : 11340 m 3
Gymnase non traité Tr moyen = 5 secondes = très sonore
Gymnase traité Tr moyen = 3 secondes = confortable
dB
dB 60 dB
0
10
60 dB
Tr = 5 sec
Temps
0
Tr = 3 sec
Temps
Acoustique Bruit d' impact BRUIT D' IMPACT PLANCHER
Cette performance s'exprime sous la forme d'un niveau de bruit mesuré Ln. Elle est mesurée selon la norme EN ISO 140-6 pour les systèmes de plancher. Le système à caractériser est intercalé entre une chambre d'émission et une chambre de réception. Le bruit est produit par une "machine à chocs normalisée". A partir de la valeur mesurée, on recalcule le niveau de bruit Ln,w selon la norme EN ISO 717-2. Exemple
Mesure de Ln
90 80 70 60 50 B d n e n L
40
Ln,w=86dB
30 20 10 0
100
160
250
400
630 1000 1600 2500 4000
Fréquence en HZ
EVALUATION DU NIVEAU DE BRUIT D' IMPACT DE LA PLUIE
Exemple
Mesure de Li
90 80 70 60 50 B d 40 n e i L
Li = 66dB 30
LiA = 65dB(A) 20 10 0
100
160
250
400
630 1000 1600 2500 4000
Fréquence en HZ
11
Acoustique Réglementation Ateliers, usines… Le code du travail (article 235.2.11-Arrêté du 30.08.1990) impose, si le niveau de bruit est supérieur à 85 dB, que les parois intérieures soient absorbantes au niveau acoustique de façon à obtenir une décroissance du niveau sonore par doublement de distance par rapport à une source de bruit (DL). La réglementation : arrêté du 20.08.1985, décret du 05.05.1988, arrêté du 01.03.1993, décret du 19.04.1995, imposent de respecter vis-à-vis du voisinage, un niveau sonore en limite de propriété et une émergence par rapport au bruit résiduel. Ceci conduit à prévoir des façades et toitures assurant un isolement acoustique en fonction du type de bruit à l’intérieur et de la distance par rapport aux limites de la propriété.
Salles de sport La norme NF P 90.207 concernant l’acoustique des locaux sportifs demande des performances acoustiques au niveau de l’enveloppe : isolement du bruit vis à vis de l’espace extérieur DnT, A,tr durée de réverbération moyenne Tr ≤ 0,14 V1/3
≥
30 dB
Tr = 1/6(Tr à 125 Hz + Tr à 250Hz + Tr à 500Hz + Tr à 1000Hz + Tr à 2000 Hz + Tr à 4000Hz)
Avec
Certains gymnases sont parfois utilisés pour des activités autres que le sport, activités pouvant être bruyantes : il y a lieu d’en tenir compte pour l’isolement acoustique de l’enveloppe afin de ne pas gêner le voisinage (voir salle polyvalente). La nouvelle réglementation s’oriente vers une valeur de décroissance DL comme pour les ateliers.
Piscines Dans une piscine, la maîtrise de la durée de réverbération est nécessaire dans la zone du bassin. La toiture peut contribuer à maîtriser cette durée de réverbération dans certaines conditions d’hygrométrie, avec des isolants thermiques et des revêtements appropriés.
Salles polyvalentes En fonction de l’implantation dans un milieu urbain et/ou d’activité bruyante à des heures tardives, il est nécessaire de réaliser une enveloppe assurant un bon isolement acoustique pour ne pas gêner le voisinage. (cf. réglementation au paragraphe Ateliers, usines…). Penser au problème du parking qui peut être également une gêne pour l’entourage ! Pour les locaux diffusant de la musique amplifiée voir le décret 98.1143 du 15.12.1998.
Bâtiments scolaires, hôtels, établissements de santé La réglementation (arrêté du 25.04.2003) indique les caractéristiques acoustiques des différents locaux (salle de cours, restaurants, préaux, circulation…) pour l’isolement acoustique entre locaux et vis-à-vis de l’extérieur ainsi que pour les durées de réverbérations.
Habitations La réglementation concernant l’acoustique dans les immeubles d’habitation et les logements individuels est très importante : arrêté du 28.10.1994 (N.R.A) modifié au 01.01.2000. Il faut en particulier un isolement bien adapté en façade et toiture : fonction de l’implantation dans l’environnement (P.O.S) et un isolement réglementaire entre logements : parois, séparateur, cloisons, planchers, liaisons planchers-cloison-façade.
Développement durable Le bruit a fait partie des thèmes du grenelle de l'environnement et une table ronde lui a été consacrée (qualité de l'air et acoustique). Il est envisagé, à l'article 6 du projet de loi, la création d'un programme visant à établir une filière de rénovateurs de bâtiment associant les compétences nécessaire à la rénovation thermique et à la rénovation de la qualité acoustique. Par ailleurs, parmi les 14 cibles de la certification HQE, la cible 9 vise le confort acoustique en vue de créer un environnement intérieur satisfaisant.
Exemples de solutions Les systèmes de toiture GLOBALROOF CN 1114I ou GLOBALROOF CIN 327 TP associés aux systèmes de bardage GLOBALWALL CIN 327 P permettent de traiter correctement l'absorption acoustique à l'intérieur de locaux tels que les ateliers, usines, gymnases, salles de sports, etc... Le système de toiture GLOBALROOF HAIRAQUATIC CN 118 permet de traiter correctement l'absorption acoustique à l'intérieur de locaux à forte ou très forte hygromètrie tels que les piscines, les teintureries, les papeteries, etc... Les systèmes de toiture GLOBALROOF CIN 325 P ou GLOBALROOF CIN 338TP associés aux systèmes de bardage GLOBALWALL CIN 338 B permettent de traiter correctement l'absorption acoustique à l'intérieur de locaux tels que les salles polyvalentes, les salles de spectacles ou les salles plurifonctionnelles. Par ailleurs, ces systèmes ayant des indices d'affaiblissement acoustiques élevés, ils permetteront de ne pas gêner le voisinage par des nuisances sonores lors de manifestations ou de spectacles qui généreront du bruit à des heures tardives.
12
Acoustique Tableau récapitulatif systèmes et valeurs usuelles
Référence
ISOLEMENT
ABSORPTION
Indice d'affaiblissement Rw (C;Ctr) en dB
R rose
R route
Cœfficient d'absorption
en dB(A)
en dB(A)
αw
ISOLEMENT
40 (-2 ; -7) IN 210 A 43 (-2 ; -6) IN 210 E 46 (-1 ; -6) IN 210 F 36 (-1 ; -4) IN 211 A CN 112 CN 116 B CN 116 Pi CN 116 PR 41 (-2 ; -7) CN 114 B 39 (-1 ; -4) CN 118 CN 1115 i bitume 32 (-1 ; -4) 29 (0 ; -3) CN 1115 i PVC 32 (-1 ; -4) CN 1115 R1 CN 1115 R2 CN 1114 i bitume 36 (-1 ; -6) 36 (-2 ; -8) CN 1114 i PVC CN 1114 R 40 (-2 ; -7) CIN 321 Type “P” CN 100 Fi 47 (-2 ; -9) IR 221 56 (-1 ; -5) IN 228 49 (-3 ; -10) CIN 322 55 (-2 ; -8) CIN 325 Type “P”
39 42 46 36
33 37 40 32
40 39
34 34
32 30 32
28 26 28
36 35
30 29
39
33
46 56 48 54
40 51 41 47
0,30 0,65 0,60 0,60 0,60 0,65 0,75 0,75 0,80 0,95 0,95 0,95 0,85 0,75 ou 0,85 0,65 ou 0,80
25 (-1 ; -3)
25
0,90
22
Promistyl feu 3003 BA/HBA Ep. 60 mm
30 (-1 ; -2)
Promistyl feu 3003 B/HB 3506 Bi/HBi 3005 T Ep. 150 mm
31 (-3 ; -4)
Promisol 1003BA
30
27 (-1 ; -3)
27
Cœfficient d'absorption
en dB(A)
en dB(A)
αw
58 (-1 ; -6)
58
52
Cofradal 200 + Idv 30 + BA 13
64 (-2 ; -7)
63
57
72 (-6 ; -14)
67
58
Cofradal 200 + Idr 20 + chape 50
Cofradal 200 perfo
0,85
GLOBALROOF - COUVERTURES NERVUREES IN 220 CN 125 Type “P” CN 125 RT CN127 IN 226 IN 227 CIN 327 T CIN 323 J CIN 338 T
42 (-4 ; -11) 36 (-2 ; -7) 36 (-2 ; -7) 36 (-2 ; -7) 50 (-2 ; -7) 54 (-2 ; -7) 43 (-3 ; -8) 47 (-2 ; -8) 48 (-2 ; -8)
IN 220 CN 120 Type “P” CN 125 Type “P” CN 125 RT IN 230 Hairaqua CIN 323 L CIN 327 CIN 338 B IN 226 IN 227
42 (-4 ; -11) 30 (-2 ; -7) 36 (-2 ; -7) 36 (-2 ; -7) 37 (-2 ; -7) 44 (-1 ; -7) 40 (-2 ; -7) 48 (-2 ; -8) 50 (-2 ; -7) 54 (-2 ; -7)
39 35 35 35 49 53 41 46 47
32 29 29 29 44 48 35 39 40
0,75 0,85 ou 0,95 0,70
0,90 0,90 0,85
39 29 35 35 36 44 39 47 49 53
32 23 29 29 30 37 33 40 44 48
0,75 0,75 0,85 0,90 0,90 0,85
HABILLAGES INTERIEURS CR 111
0,85
Hairplan déco
0,80
28
ECRAN ACOUSTIQUE
28
24
R route
Cofradal 200
30 (-2 ; -7)
CN Ecran 30
R rose
SYSTEMES DE PLANCHERS (suite)
0,95
Promistyl feu 3003 B/HB 3506 Bi/HBi 3005 T Ep. 60 mm
Ondatherm 1040 TSA
Rw (C;Ctr) en dB
GLOBALWALL - BARDAGES
PANNEAU SANDWICHES COUVERTURE ET BARDAGE Ondatherm Promisol Promline Fréquencisol Hainaut Ep. 60 mm
Indice d'affaiblissement
Référence
GLOBALROOF - TOITURES AVEC ETANCHEITE
ABSORPTION
29
23
0,85
VALEURS USUELLES DE REFERENCES ISOLEMENT 0,50
Référence
Indice d'affaiblissement R rose en dB(A)
Ep. 60 mm
SYSTEMES DE PLANCHERS
56
Cofrastra 70 dalle ép. 13 cm
Béton Ep. 16 cm (390 kg/m2)
49 (-1 ; -5)
45
Cofrastra 40 dalle ép. 14 cm
Béton Ep. 8 cm (195 kg/m2)
51 (-3 ; -7)
57
Cofrastra 40 dalle ép. 14 cm + air + BA 13
Brique pleine Ep. 25 cm (480 kg/m2)
56 (-6 ; -11)
52
44
Parpaing creux Ep. 16 cm (230 kg/m2)
48
Cofrastra 40 dalle ép. 14 cm + Idv 60 + BA 13
65 (-4 ; -10)
62
56
Tuile terre cuite 56 kg/m2
16
49 49
43 43
13