Des notions d’acoustique pour comprendre le langage du bruit et de ses silences !

Vous avez toujours des notions exagérées de choses dont vous ne connaissez rien.

Albert Camus
Spirale stylisée

Les notions d’acoustique peuvent paraitre compliquées car les calculs ne sont pas classiques. Ces calculs sont dus au fait que l’être humain perçoit le bruit de façon particulière.

Mais ces notions d’acoustique sont ici abordées simplement. Leur connaissance est nécessaire car chaque spécialité, comme l’acoustique, est une « tribu » qui utilise son propre langage qu’il faut donc apprendre à parler !

Cela est bien connu, en musique où on utilise les octaves (à chaque doublement de fréquence, on a la même sensation, par exemple de 100 à 200 Hz ou de 1000 à 2000 Hz, ce qui n’est pas instinctif !).

Et bien, ce qui est vrai en fréquences (la tonalité…) est vrai aussi pour les niveaux = l’intensité, le volume du bruit. C’est à dire que l’oreille est sensible à un doublement de la pression sonore qui arrive sur la membrane du tympan.

Un outil mathématique permet de bien représenter ce fonctionnement particulier de l’oreille, c’est le logarithme (une touche de plus sur une calculette ! mais vous devriez vous en passer !).

Enfin, l’être humain entend moins bien les basses fréquences (graves) que les hautes fréquences (aigüs).

Il a bien fallu inventer une unité pour prendre en compte tout cela : c’est le dB(A).

Ces notions d’acoustique sont ci-après divisées en 2 parties, la première traitant de l’approche « humaine », c’est à dire comment nous percevons les bruits et la deuxième concerne la caractérisation des matériaux et matériels.


LA FREQUENCE

Sinusoïde

La fréquence

L’oreille est sensible à la variation de pression sonore qui est générée, par exemple, par une corde de guitare ou une corde vocale. Cette pression se déplace suivant des « vagues » (comme un caillou jeté à l’eau ou un ressort étiré puis relâché). Chaque double vague est appelée une sinusoïde. Le nombre de sinusoïdes par seconde correspond à la fréquence (exprimée en Hz). Plus elles sont nombreuses et plus la fréquence est aigue. Mais plus elles aigues et plus elles sont « petites » et ont moins d’énergie. Ceci explique qu’une fuite (un trou..) dans une paroi ou une façade peut laisser passer les aigus, alors que les graves pourront passer à travers les murs et fenêtres (qui stopperont les aigus).

Barre graphe illustrant un spectre acoustique

L’octave

A noter que l’oreille est sensible à un doublement de fréquences que l’on appelle l’Octave. Autrement dit, l’oreille aura une sensation similaire pour un doublement quelle que soit la fréquence.

Les différentes fréquences d’un bruit sont représentées sur un spectre (tel qu’illustré ci-contre par une vue d’artiste !).

Spectre = niveau sonore en fonction de la fréquence

notions d'acoustique : limite de l'audition humaine

Spectre audible

De façon mnémotechnique, on considère que Homo Sapiens jeune perçoit les fréquences de 20 à 20000 Hz (représentées de 16 à 16000 sur le graphe ci-contre. La limite haute de 20000 décroit après l’adolescence). La zone de la parole s’étend environ de 100 à 5000 Hz.

SPL sur le graphe = Sound Pression Level = niveau de pression sonore = niveau que l’on entend

Les pertes d’audition, dues à une exposition trop importante mais également avec l’âge, se caractérisent par une perte débutant dans la bande 4000 Hz, c’est à dire dans les aigüs.


LES DECIBELS

notions d'acoustique : échelle des décibels pondérés A

Le décibel – dB

L’oreille est sensible à un doublement de la fréquence (vu ci-dessus) mais également à un doublement de la pression sonore.

Pour caractériser cette dernière particularité, on utilise le décibel qui est une unité mise au point par les laboratoires Bell (découverte du téléphone) et représentant bien la sensation auditive. En effet, un décibel correspond sensiblement à la plus petite variation perceptible. A noter que lorsque l’on double la pression, la différence est toujours la même = 3 dB (d pour déci et B pour Bel). Ceci est dû l’expression logarithmique du dB !

Parmi les notions d’acoustique, c’est probablement celle qui est la plus déroutante mais la nature est ainsi faite ! Ce qui est remarquable chez Homo Sapiens, c’est qu’il a réussi à définir une méthode de calcul qui représente bien son fonctionnement, même si elle peut paraitre étonnante (ce n’est rien à côté de la mécanique quantique nécessaire aux calculs dans l’infiniment petit ou de la relativité générale pour les calculs dans l’infiniment grand !)

notions d'acoustique : courbe des valeurs de pondérations en dB(A)

Le décibel A – dB(A)

Le décibel correspond à l’énergie « vraie » mais l’oreille perçoit beaucoup moins bien les basses fréquences (sons graves) que les hautes fréquences (sons aigus). Il faut tenir compte de cette sensibilité pour représenter ce qu’entend réellement une oreille moyenne. Pour cela, une correction est apportée sous la forme d’une courbe nommée A. Ceci conduit au décibel A – dB(A) – qui est celui perçu par l’oreille et qui doit donc être retenu.

A titre indicatif, pour un bruit d’équipement de type ventilateur ou pompe (donc plus particulièrement chargé en basses fréquences) la différence entre la valeur en dB(A) et en dB sera d’environ 5. Le dB(A) est alors le plus faible puisque l’oreille n’entend pas une partie des basses fréquences.

notions d'acoustique : addition de décibels

Addition de décibels

Ces calculs sont donc logarithmiques. Le tableau ci-contre permet une approche rapide (si plusieurs sources, toujours commencer par additionner les moins bruyantes). Ce tableau confirme que l’addition de 2 sources de même niveau sonore conduit à + 3 dB(A) (ou dB).

Lorsqu’une source est caractérisée par un niveau sonore de 10 dB(A) supérieure à une autre, la plus faible n’a pas d’influence (0,4 dB !) et sera masquée par la première. Ainsi, pour réduire le bruit, il ne servira à rien de supprimer la source la plus faible !

Exemple : j’achète un lave linge à 53 dB(A) et un sèche linge à 55 dB(A), la somme des 2 sera de 55 + 2,1 = 57,1 dB(A) si positionnés au même endroit.


L’ISOLATION ACOUSTIQUE

notions d'acoustique : cloison acoustique

La suite de ces notions d’acoustique ne traite plus de l’approche « humaine », c’est à dire comment nous percevons le bruit, mais s’interesse à la caractérisation des matériaux et matériels.

Notamment, il ne faut pas confondre les fonctions d’isolation et de correction acoustique. L’isolation consiste à protéger un local des bruits de son environnement ou l’inverse. La correction acoustique modifie le son à l’intérieur du local pour être plus agréable. Les traitements d’isolation ont peu d’influence sur la correction et réciproquement.

L’isolation passe par le traitement des parois (façades, murs, planchers) mais également des transmissions latérales (bruits solidiens…) et parasites (entrées d’air, prises de courant…). On distingue les bruits aériens, les bruits solidiens (vibrations, chocs) et les bruits d’impacts (représentatifs des bruits de pas, déplacements de meubles..)

Entre également dans cette catégorie les traitements des bruits liés aux équipements.


LA CORRECTION ACOUSTIQUE

notions d'acoustique : vue intérieure d'une salle de concert philharmonique

La correction acoustique ne concerne que les traitements internes d’un local afin de les adapter à « l’écoute » que l’on souhaite de ce lieu. Elle ne participe pas ou très peu à l’isolation acoustique. Elle permet cependant d’abaisser le niveau sonore dans le local à distance des sources.


PUISSANCE ET PRESSION ACOUSTIQUE

Cluster de sonorisation

Pression acoustique

Nous rappelons que l’oreille est sensible à la pression reçue qui décroit avec la distance à la source, est modifiée par les obstacles, par la météo, etc.

Le niveau de pression acoustique perçu est désigné par LpA (L : Level = niveau ; p = pression ; A = dB(A)).

Prenons l’analogie avec l’éclairage qui décroit avec la distance, les obstacles, le brouillard…

notions d'acoustique : gabarit de mesure de la puissance acoustique suivant norme ISO 3744

Puissance acoustique

Pour comparer les sources de bruit, la puissance sonore est utilisée. Globalement, elle consiste à faire la moyenne des niveaux de pression à une distance définie et à multiplier cette moyenne par la surface ainsi développée (exemple ci-contre de surface normalisée suivant norme ISO 3744 par exemple).

Plus la distance à la source est importante, plus les niveaux de pression sont faibles mais plus la surface est importante. Le produit de la moyenne et de la surface reste donc le même. Cette valeur ne varie pas avec la distance.

Elle permet donc de comparer les sources de bruit dans des conditions de mesures identiques mais nécessite un calcul pour définir le niveau de pression Lp que l’on entend.

C’est la même procédure pour l’éclairage. L’équivalent de la puissance acoustique est le flux lumineux.

A noter que, pour l’acoustique comme pour l’éclairage, la mesure de la puissance (tout autour de la source) donne une moyenne qui n’apporte pas d’information sur la directivité, ce qui peut être problématique.

En effet, pour une même puissance, une source avec une directivité prononcée générera un niveau de pression sonore ou un niveau d’éclairement plus fort dans cette directivité.

Etiquette de puissance acoustique LwA d'un équipement domestique

Etiquetage

Le niveau de puissance acoustique est exprimée en LwA (L : level = niveau ; w = puissance ; A = dB(A)).

C’est ce que l’on retrouve sur les engins de chantier par exemple.

Pour les équipements ménagers, c’est moins clair ! Le terme XY dB indiqué dans une forme de haut parleur est bien un LwA.

Vous pouvez retrouver plus d’informations sur ce site.

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