Acoustique du Batiment.docx

ACOUSTIQUE DU BATIMENT Les installations du laboratoire d'acoustique, locaux et matériel de mesure permettent d'effectuer les mesures et analyses classiques de l'acoustique du bâtiment : Temps de Réverbération, dont on peut déduire un coefficient d'absorption ; Isolement aux bruits aériens entre 2 locaux, et détermination de l'indice d'affaiblissement R de la paroi de séparation. 1) BUT DE LA MANIPULATION et moyens : On dispose d'une chambre réverbérante double : les 2 locaux sont géométriquement identiques, toutes les parois extérieures sont très massives (béton 30 cm) donc très isolantes afin de s’affranchir au maximum des bruits parasites qui peuvent exister dans l’environnement du hall G.C.. L'un des locaux est très réfléchissant, les parois sont brutes (enduits), dans l'autre on a placé quelques panneaux d'un revêtement absorbant type faux-plafond acoustique. La paroi de séparation inclus un élément plus faible, constitué actuellement d’une paroi double constituée de plaques de plâtre BA 13 sur ossature bois avec laine de verre dans la lame d'air, dont on va pouvoir déterminer les caractéristiques d'affaiblissement acoustique. Il est à noter que cette paroi de séparation est une paroi composée de 2 éléments ou 2 matériaux différents Ce cas est très courant dans la construction : existence de portes et de vitrages dans les parois intérieures ou extérieures. Les moyens de mesure à disposition incluent un système d'acquisition et de dépouillement informatique : ordinateur équipé d'une carte son numérique bi-voie et logiciel spécifique "dBBATI". 2) RAPPELS ET DEFINITIONS : On appelle Isolement brut la différence entre les niveaux sonores régnant dans les champs réverbérés des 2 locaux : Db = L1 - L2 = R + 10 Log (A2/Sp) R est l’Indice d’Affaiblissement propre de la paroi en décibels ; Sp est la surface de séparation en m² ; A2 est l’aire d’absorption équivalente du local réception en m². R, A2 et Db sont des quantités variables en fonction de la fréquence. Par convention nous donnerons l’indice 1 aux quantités se rapportant au local émission ou local 1 et l’indice 2 à celles du local réception. Le champ réverbéré est la partie d’un local (en général, la majeure partie) dans laquelle le niveau sonore est une constante, au-delà d’une distance de la source nommée distance critique. Le Temps de Réverbération Tr d’un local est défini comme le temps mis par un signal sonore de fréquence donnée pour décroître de 60 dB. Tr est relié à l’aire d’absorption par la relation de Sabine : Tr = 0,16 Tr en secondes, V en m3, A en m². Avec : A = i coefficient d'absorption "Sabine" du matériau de surface Si 3) PRINCIPE DE MESURES ET CALCULS PRELIMINAIRES : A) Coefficient d'Absorption x des panneaux absorbants : On mesure en fonction de la fréquence les Temps de Réverbération dans les 2 locaux Tr1 et Tr2. En écrivant la formule de Sabine dans le local 1, et en y considérant le coefficient d'absorption 1moyen uniforme, puis dans le local 2 en remplaçant S2 en mètres carrés par le matériau étudié de coefficient d'absorption x, on obtient un système de 2 équations à 2 inconnues, et on en déduit x en fonction de Tr1 et Tr2. Ecrire ce système et déterminer x en fonction de Tr1 et Tr2. B) Indice d’affaiblissement R : Il est nécessaire de connaître : - les dimensions des locaux ; - les niveaux sonores L1 et L2 par mesures directes ; - le Tr2 du local réception qui permet d’obtenir A2, quantité non mesurable directement. Ecrire la relation R = fonction de L1, L2, Tr2. Les mesures seront effectuées en 2 temps : - d’abord, mesures des Tr1 et Tr2 par 1/3 octaves normalisés ; - puis traçés des spectres L1 et L2 selon le même mode . 49936405287645 Réception Emission 00 Réception Emission 3100070328295Local émission : L1, Tr1 00Local émission : L1, Tr1 485140328295Local réception : L2, Tr2 00Local réception : L2, Tr2 32804105287645Générateur Bruit rose 00Générateur Bruit rose 8458204836795 Mesure et analyse : Ordinateur et logiciel « dB Bati » 00 Mesure et analyse : Ordinateur et logiciel « dB Bati » 1026160537781500575310508635Matériau absorbant x 00Matériau absorbant x 50838106459855Figure 1 00Figure 1 165735043859450021983703303905002198370330390500355092019513550020161251861185008458203844925 Convertisseurs analogiques / numériques 00 Convertisseurs analogiques / numériques 4542790537781500490347086931500463296057384950042722805558155004632960294132000935990294322500935990959485009359909575800048133008693150035509201590675002016125150050500355092016808450020161251590675004542790779145001206500867410004542790869315004542790688975001116330959485001116330779145004723130779145001026160867410002919730688975Paroi à étudier Req, R 00Paroi à étudier Req, R 845820170180003949704406900039116002244090003911600251460000120650021539200018376902514600001116330251460000273939019735800027393901701800028295606191250028295607112000046329602514600005264150170180003949702514600003949701701800039497017018000 L’exploitation des résultats consiste à effectuer dans l’ordre : - calcul manuel du x, - tracé des courbes et détermination de l’Isolement Brut par logiciel, - calcul manuel du R de la paroi par 1/3 octaves, - vérification du calcul du R de la paroi par 1/3 octaves et calcul du Rglobal dBA grâce à une application tableur. Il est conseillé de préparer à l'avance les tableaux de calculs de x et de R. Un document annexe, mode d'emploi du système d'acquisition informatisé et du logiciel de dépouillement est fourni sur la table de manipulation, il indique la marche à suivre pour toutes les opérations. 4) DETERMINATION DES TEMPS DE REVERBERATION : PRINCIPE : Pour obtenir le Tr dont la valeur peut varier de quelques 1/10 à quelques secondes, plusieurs méthodes existent. La plus simple consiste à émettre un signal constant, et à enregistrer graphiquement sa décroissance à partir de son extinction. Les théories simplifiées de l’acoustique des salles nous conduisent à prévoir une décroissance linéaire du signal, et indépendante du point de mesure. Dans la réalité il s’agit d’une approximation d’autant plus grande, en simplifiant, que la salle est petite et que la fréquence est basse. On observe donc des décroissances qui ne sont pas parfaitement linéaires. La notion de Temps de Réverbération n'est pas d'une grande précision. En utilisant le logiciel, observer ces phénomènes, et estimer les incertitudes. En effectuant des mesures en plusieurs points, on peut se rendre compte si le Tr en dépend. 75438014478000 85725152400L 00L 314134514351000 4800605969000 76200057150004800605334000762000571500032708855334000 27038308001060 dB 0060 dB 480060762000 4560570127635 temps 00 temps 48006093980001697355137795Tr 00Tr 75438010287000 figure 2 5) MESURE DES NIVEAUX SONORES L1 ET L2 : Emettre un bruit rose, donc de niveau supposé constant avec la fréquence, dans le local émission. Suivre les indications du document annexe pour faire simultanément la mesure assistée par ordinateur des 2 spectres. Régler à l’aide de l’amplificateur le niveau sonore à l’émission de manière à ne pas dépasser 100 dB. Une fois ce réglage effectué, ne plus faire varier les commandes de l’ampli, de manière à ce que la variation des niveaux ne dépende effectivement que des caractéristiques acoustiques de la paroi étudiée. S’assurer du positionnement dans le champ réverbéré. Enregistrer les spectres de L1 et L2 par 1/3 d’octave. Les L1 ne sont pas rigoureusement constants avec f : en effet les caractéristiques A1 et Tr1 du local émission ne sont pas, elles aussi, constantes ; c’est le générateur qui émet un bruit rose. La réponse des haut-parleurs n’est pas non plus parfaitement linéaire avec la fréquence, surtout aux extrémités de la bande de fréquences. Les bruits roses aux fréquences basses ne sont pas très stables : ceci est dû au générateur. Mais ce phénomène est sans effet sur les résultats, car le logiciel effectue un calcul de niveau moyen (ou équivalent) pendant la durée de la mesure, quelques secondes sont suffisantes pour une précision acceptable. L'enregistrement est très rapide, on peut se permettre plusieurs essais. Toute erreur de manipulation oblige à recommencer les mesures avant de les sauvegarder. 6) EXPLOITATION, RESULTATS : A) - Observer les courbes en 1/3 octaves normalisés : Tr1 et Tr2. - Analyser ces courbes. - Déterminer et tracer en 1/3 octaves : x - Conclure sur les propriétés d'absorption du matériau étudié, et sur la précision des résultats. B) - Observer et analyser la courbe de l’Isolement brut entre les locaux. Utiliser l’application tableur pour déterminer : R de la paroi en 1/3 octaves Rglobal dBA. - Conclure sur les qualités d'isolation de la paroi étudiée, en utilisant les principes théoriques et les données numériques du cours. SONOMETRIE ANALYSE DES BRUITS DE TRAFIC ROUTIER La sonométrie est la mesure des bruits. Cette manipulation est consacrée à l’analyse de la nuisance engendrée par les bruits de trafic routier sur un site, et à l’étude de l’influence sur cette nuisance de quelques paramètres géométriques, topographiques et constructifs. 1) GENERALITES : Un sonomètre est un appareil de mesure des bruits autonome et portable, fonctionnant sur piles ou batteries, permettant ainsi des relevés in situ. Il existe différents types de sonomètres, incorporant des possibilités de mesures diverses : - mesure des niveaux sonores globaux, pondérés ou non pondérés ; - analyse par bandes, en général d’octave ; - analyse temporelle, qui peut être très simple par le seul choix entre 2 constantes de temps de la mesure donc de l’affiche, ou plus précise si l’appareil incorpore des fonctions mémoire, d’où sauvegarde de valeurs crête, ou de valeurs moyennes Leq calculées par l’appareil sur un intervalle de temps d’analyse réglable. Des appareils de conception récente possédant d’importantes capacités de mémoire offrent la possibilité d’un dépouillement informatisé à l’aide de logiciels, et donc d’un traitement rapide et complet des informations enregistrées in situ, et comportent des modes de comparaison avec les normes en vigueur. Ils sont capables d’enregistrer une fonction L(t), sous la forme d’une approximation qui dépend du pas de l’analyse. Ce type de matériel est de plus en plus répandu, et est utilisé par tous les organismes habilités à effectuer des analyses de nuisances publiques ou privées : collectivités publiques, Equipement, D.A.S.S., et ingénieurs conseils. 2) RAPPELS : Niveau sonore équivalent : Leq = 10 Log ( ) Il s’agit donc du niveau sonore moyen pendant l’intervalle de temps d’analyse T. Sa valeur dépend dans le cas général de cette période T. On définit 2 types de Leq : Leq « long » : calculé sur une période T de quelques minutes à 24 heures, traduit la valeur moyenne de la gêne ; Leq « court » : calculé sur un intervalle de temps de quelques dixièmes de la secondes, automatiquement par un sonomètre, permet une approximation de la fonction L(t) des bruits variables, la connaissance des valeurs extrêmes, l’intervalle de variation, une étude statistique de la répartition des niveaux sonores : utilisé essentiellement pour l’étude des bruits de trafics. 3) CARACTERISTIQUES SPECIFIQUES DES BRUITS DE TRAFIC ROUTIER : La première caractéristique du bruit engendré par la circulation automobile est la variation importante et aléatoire des niveaux sonores. Il est facile de se rendre compte à l’oreille que le bruit émis par un véhicule dépend : - du véhicule lui-même, de sa puissance, de sa masse, de son entretien ; - de la manière dont il est conduit (vitesse, accélération, freinage) ; - de la chaussée : une partie du bruit est causée par le roulement, par le contact pneus - revêtement routier. En un point d’une voie de circulation, les véhicules se succèdent d’une manière tout à fait quelconque, chacun d’entre eux avec leurs caractéristiques propres : les niveaux sonores varient en fonction du temps selon une caractéristique aléatoire, ce que l’on peut constater facilement en effectuant une mesure. L’analyse de la nuisance parait donc a priori difficile. Des recherches ont montré que la répartition des niveaux sonores engendrés par un trafic important répond à une distribution statistique de Gauss, pour une analyse suffisamment longue. Par « analyse suffisamment longue » on peut comprendre : ayant pris en compte un échantillonnage représentatif des caractéristiques variables du phénomène. La précision des résultats es d’autant meilleure que cet échantillonnage est important. En pratique, ceci signifie que les valeurs moyennes des niveaux sonores, c’est à dire les Leq, convergent vers une valeur limite lorsque la période de mesure croit. Le temps nécessaire à cette convergence, pour obtenir une précision donnée, dépend de l’échantillonnage observé, donc : - du débit de véhicules ; - de l’amplitude des variations des bruits émis par chaque véhicule, c’est à dire : d’une part de l’homogénéité du trafic, d’autre part de la situation géométrique du point de mesure par rapport à la voie routière. LOIS DE PROPAGATION : La source de bruit que constitue la voie de circulation, même si elle est assez large, est assimilable à une source de bruit linéique. L'approximation est d’autant meilleure que le trafic est important, homogène mais non saturé. Elle permet d’écrire une loi de propagation simple, fonction de la distance à la source (voir cours) : L (d0) - L (d) = 10 Log () Le débit de véhicules ne pouvant être infiniment grand et non saturé à la fois, on constate en pratique des valeurs d’atténuation supérieures : L (d0) - L (d) = K Log () , avec 10 < K < 20 ; K proche de 10 quand le trafic est très élevé et K =20 pour un véhicule isolé ( = source ponctuelle) Cette loi est valable lorsque la propagation du son s’effectue en ligne droite, sans obstacle. écrans : Tout obstacle matériel placé entre la source et un point considéré réalise pour ce point un écran, à condition que son indice d’affaiblissement acoustique propre soit de l’ordre d’une quinzaine de dB. L’indice d’affaiblissement d’un matériau simple ne dépend pratiquement que de sa masse. Pour une efficacité correcte, un écran doit avoir une masse surfacique d’au moins une quinzaine de Kg/m². L’efficacité d’un écran dépend essentiellement, en plus, de la différence de marche engendrée par cet écran sur le trajet des ondes sonores : 141732076835H 00H 14147801739900022034517399000127000017399000 220345152400014147801524000112522015240écran 00écran 503428015240M 00M 317515240S 00S figure 1 = SH + HM - SM = différence de marche de l’onde sonore. On peut se reporter au cours et au polycopié d’acoustique, dans lequel sont donnés des abaques permettant d’évaluer l’efficacité d’un écran en fonction des paramètres géométriques du problème. 4) MANIPULATION : ETUDE DE PROPAGATION IN SITU Recommandations pour la manipulation : Cette manipulation revêt un caractère particulier dans la mesure où vous faites des mesures in situ, à l’extérieur. Vous vous trouvez donc dans des conditions réelles, ce qui signifie un ensemble d’éléments auxquels vous n’êtes pas forcément habitués : Les conditions de trafic ne sont pas exactement les mêmes tous les jours, il y a donc des variations normales dans les résultats d’une séance à l’autre. Les conditions climatiques (vent, pluie) peuvent être désagréables, et surtout influer sur les résultats. NE JAMAIS MOUILLER LE MATERIEL. Ces paramètres sont en fait sans influence prépondérante sur vos conclusions, car les raisonnements demandés sont principalement basés sur des comparaisons. Un problème essentiel de la sonométrie est les bruits parasites existant dans l’environnement de la mesure : certains sont difficiles à éliminer et peuvent vous obliger à recommencer des mesures. A vous d’être vigilants ! N’oubliez pas lors de l’utilisation du sonomètre à mémoire de noter à quel point de mesure correspond chaque enregistrement : période 01 - point 1, etc, les éventuelles périodes à éliminer pour cause d’erreur ou bruit parasite, car l’effacement de la mémoire ne peut se faire que globalement. Surtout NE PAS EFFACER LA MEMOIRE entre le début et la fin des opérations, dépouillement compris bien sûr ! Matériel : Vous avez à votre disposition un sonomètre numériseur à stockage, dont les capacités mémoire et les microprocesseurs permettent d’enregistrer un approximation de la fonction L(t) étudiée et d’en faire un traitement : Leq période courtes réglables, Leq périodes longues, en dBA. Le dépouillement des mesures effectuées à l’aide de ce sonomètre sera réalisé par couplage avec un ordinateur compatible, à l’aide de logiciels spécialisés, dans la 2ème partie de la séance. Les notices techniques sont à votre disposition sur la table de manipulation; le premier travail à effectuer consiste à en assimiler l’essentiel et à vous familiariser avec leur fonctionnement. 5) MESURES : Les mesures sont à effectuer sur la zone comprise entre les bâtiments de l’IUT et le boulevard Laurent Bonnevay, voie rapide urbaine. Le plan topographique joint page 8 vous précise la position des points de mesure, elle n'est pas forcément critique, mais il faut les choisir de manière optimale, en fonction du rôle de chacun des points dans les analyses des résultats. La position de ces points n’est pas repérée sur le site et il n’est pas nécessaire d’avoir une grande précision sur la mesure des distances : analysez la faible influence de son incertitude. On note l'existence de feux tricolores à proximité : ils modifient la régularité du trafic, donc peuvent avoir une influence sur la stabilisation du Leq long. Il faut bien sûr éviter lors des enregistrements les passages de véhicules sur le Boulevard Niels Bohr, voie intérieure du campus : en milieu de journée c'est normalement relativement facile, le trafic est faible. Il ne faut pas hésiter à recommencer plusieurs fois une mesure dont la fiabilité est incertaine, on pourra mieux en juger au dépouillement. En chacun des points de mesure on obtient : - les niveaux équivalents Leq « longs », c’est à dire stabilisés ; - le temps nécessaire pour obtenir cette stabilisation, qui dépend du point de mesure, il est de l’ordre de plusieurs minutes (5 au minimum) ; Ces deux caractéristiques sont bien sûr enregistrées par le sonomètre; il est néanmoins indispensable de les relever aussi manuellement , pour un contrôle instantané des résultats, ce qui permet de déceler d’éventuels problèmes de manipulation et une première réflexion de votre part « in situ » sur les résultats. - un enregistrement de L(t), variation des niveaux sonores instantanés sous forme de Leq « courts » calculés sur une période très courte : le dépouillement automatique par logiciels permettra de déterminer dans un deuxième temps les caractéristiques de la nuisance. RESULTATS des mesures : Les niveaux moyens Leq permettent par comparaisons l’étude de l’influence des paramètres géométriques et topographiques sur la propagation sonore, voir plan page 11 : Influence de la distance en terrain dégagé : points 1, 2, 4. Influence de l’écran que constitue un déblai : points 2 et 3, Influence de la réflexion sur une façade de bâtiment : points 4 et 5. 6) DEPOUILLEMENT : TRAITEMENT LOGICIEL DES RESULTATS Sur la table de manipulation effectuer le couplage du sonomètre à l’ordinateur. Les instructions y sont fournies. Pratiquement les opérations s’effectuent en 2 temps, à l’aide de 2 logiciels : 1) transfert des données du sonomètre vers la mémoire de l’ordinateur : suivre les instructions de l’enseignant et du manuel du logiciel. 2) traitement des données : logiciel « dBTRAIT » : déterminer pour chaque point de mesure le Leq « long » en dBA (il peut être lu directement sur le sonomètre) N’utiliser l’imprimante que pour les graphes. Il est plus rapide de relever à la main les valeurs numériques présentées sous forme de tableaux. 7) ANALYSES et CONCLUSIONS : 1) Faire une observation la plus complète possible à l’aide du logiciel dBTRAIT des variations temporelles des niveaux Leq « courts » : Au point 1, le plus exposé ; observez l'influence des feux tricolores sur les courbes : cela a-t-il une conséquence sur les résultats? en un ou deux autres points, moins exposés et/ou pour lesquels vous avez des doutes sur la précision, éventuellement la validité des résultats, à cause d'éventuels bruits parasites. Comparez les phénomènes. Peut-on affirmer que la durée de la période d’observation est suffisamment longue pour des résultats précis ? (La réponse à ces 2 dernières questions peut dépendre du point de mesure.) 2) Effectuer les comparaisons demandées entre les nuisances Leq aux divers points de mesures : - Influence de la distance en terrain dégagé : points 1, 2, 4. - Influence de l’écran que constitue un déblai : points 2 et 3, - Influence de la réflexion sur une façade de bâtiment : points 4 et 5. Comparer avec la théorie à l’aide de calculs et schémas (en utilisant bien sûr les données théoriques du paragraphe 3). En tirer les conclusions qui s’imposent. Recommandations pour la rédaction du rapport : La présentation des résultats et conclusions est libre. Rechercher une forme à la fois claire et concise. Regrouper impérativement résultats et analyses en fonction des paramètres (distance, écrans, réflexion). Toute initiative intéressante est bienvenue. Il vous faut avoir à l’esprit que vous êtes en fait chargé d’une étude et que l’on vous demande un rapport sur cette étude : les questions posées peuvent vous apparaître moins précises que lors d’autres manipulations, c’est voulu. On n’exige pas, par exemple, de courbes ou de tableaux de mesures précis : ce qui ne signifie pas qu’il ne faut pas en faire, mais que c’est à vous de déterminer lesquels ! Vous avez donc une grande liberté de présentation des résultats, profitez-en pour prendre des initiatives. 1,2 et 4 permettront de raisonner sur l'affaiblissement engendré par la distance seule ( 4 : dans une moindre mesure, à cause de l'effet de sol ). 2 et 3 serviront à analyser l'effet d'écran. 431228530111703 003 481901541732202 002 533400036195001 001 288607527051000039052502705100004724400226695000496189023717250042398952258695005 comparé à 4 mettra en évidence le phénomène de réflexion sur un bâtiment. 235585063430155 005 321564042094154 004 45275502987675003477895222758000300736025533350023558505304155004961890371157500467233027343100058324751684655 Points de mesures 4 3 2 1 5 00 Points de mesures 4 3 2 1 5 42398952408555004893310403733000510857543992800043122852987675000000 atténuation supplémentaire apportée par un écran (en plus de la variation de distance)