Acoustique 2021-2022 PDF

ACOUSTIQUE Éric ORTOLA 2021-2022  PLAN Acoustique : 1. Aspects physiques 2. Son pur ; son complexe ; bruit 3. Analyse spectrale 4. Niveau de pression, d’intensité 5. Niveau continu équivalent ; niveau d’exposition sonore quotidien 6. Réglem...

ACOUSTIQUE Éric ORTOLA 2021-2022  PLAN Acoustique : 1. Aspects physiques 2. Son pur ; son complexe ; bruit 3. Analyse spectrale 4. Niveau de pression, d’intensité 5. Niveau continu équivalent ; niveau d’exposition sonore quotidien 6. Réglementation.  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Le son est une vibration mécanique Définition AFNOR : Le son est une vibration acoustique capable d’éveiller une sensation auditive Emission. Propagation. Réception Emetteurs = Sources de vibrations mécaniques  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Emission. Propagation. Réception Récepteurs = transforme la vibration mécanique en signal électrique, influx nerveux…  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Emission. Propagation. Réception Récepteurs = transforme la vibration mécanique en signal électrique, influx nerveux… Oreille Oreille Oreille externe moyenne interne Milieu Milieu Milieu gazeux solide liquide  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Emission. Propagation. Réception Milieux de propagation Le son ne se propage que dans un milieu matériel Ø Solide Ø Liquide Ø Gazeux Le son se traduit par la mise en vibration, de proche en proche, des molécules de part et d’autre de leur position moyenne. Il en résulte des variations de pression dans l’espace perturbé par l’onde sonore Il se propage sans déplacement global de matière  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Emission. Propagation. Réception Milieux de propagation  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Pression acoustique P(t) P(t) Patm Patm t t En l’absence de son : P(t) = Patm En présence de son : P(t) = Patm+p(t) Ordres de grandeur : Patm ≈ 105 Pa ; p(t) : 20 µPa à 20 Pa Étudier le son revient à étudier p(t)  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Pression acoustique ü Valeur de crête pc de p(t) : p c = p(t ) max Dans l’exemple ci-contre, pc = 8 Pa ü Valeur efficace peff de p(t) : valeur constante de la pression produisant les mêmes effets mécaniques sur le tympan  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Célérité : C’est la vitesse de propagation de l’énergie acoustique. Nous la noterons v ; unité : m/s Elle ne dépend que des caractéristiques élastiques du milieu et de la température absolue Dans l’air : v = 20. T où T est en Kelvin  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Célérité : (suite) Ordre de grandeur (en m/s) Air Eau Acier Bétons Liège Croûte (20°C) terrestre 340 1500 5500 1000 à 500 5000 à 2000 9000  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur ü p(t) est une fonction sinusoïdale : p(t ) = PM. cos(w.t + j ) 2p 1 w ü Période T : T = ; Fréquence : f = = w T 2p ü Valeur de crête : pc = PM üValeur efficace de la pression sur une période :  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur (suite) : Son pur Son pur de 400 Hz de 2000 Hz Son pur de 1000 Hz  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur (suite) : p(t ) = PM. cos(wt ) T PM 0 - PM  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur (suite) : p(t ) = PM. cos(wt + j ) 2p 1,5 Période T = USI : s w Fréquence PM 1 1 w f= = 0,5 T 2p 0 USI : Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 t 16 -0,5 - P-1 M -1,5  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur (suite) : ü Ordre de grandeur 20 Hz 200 Hz 2000 Hz 20000 Hz Sons inaudibles : Sons inaudibles : infrasons Graves Medium Aigus ultrasons  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son pur (suite) : ü Spectre Amplitude pc f0 f  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son complexe : ü p(t) est une fonction périodique du temps =  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son complexe : üOn peut écrire p(t) sous la forme d’une série de Fourier, càd : Son complexe = Somme de sons purs de fréquences : f0, 2.f0, 3.f0, … fondamental harmoniques  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Son complexe (suite) : pc ü Pression efficace : p eff ¹ 2 ü Spectre Amplitude f0 2.f0 3.f0 f  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Bruit : ü p(t) est une fonction non périodique du temps ü Bruit = Somme d’une infinité de sons purs dont les fréquences n’ont aucun lien  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Bruit (suite) : ü Spectre : Amplitude f  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Analyse spectrale : ü Analyse par bandes d’octaves : Les bandes n’ont pas toutes la même largeur. L’échelle de fréquence est logarithmique (log à base 2). Ces filtres sont normalisés. Les fréquences centrales sont : 31,5 Hz ; 63 Hz ; 125 Hz ; 250 Hz ; 500 Hz ; 1000 Hz ; 2000 Hz ; 4000 Hz ; 8000 Hz  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Analyse spectrale : ü Analyse par bandes d’octaves : x2 1000 Hz 1000. 2 Hz 2000 2 Hz 2000. 2 Hz 2  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les différents types de vibrations acoustiques Ø Analyse spectrale : ü Analyse par bandes tiers d’octaves :  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Puissance acoustique ; intensité acoustique : Ø Puissance acoustique : notée W ü Puissance acoustique = énergie acoustique émise par la source chaque seconde. ü C’est une caractéristique de la source üUnité : le Watt noté W Ø Intensité acoustique : üL’intensité I est l’énergie moyenne qui traverse chaque seconde une surface de 1m² perpendiculaire à la direction de propagation du son ü Unité : le Watt par m², noté W/m²  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Puissance acoustique ; intensité acoustique : Ø Intensité acoustique : ü Cas d’une onde progressive sphérique : W I= 4pd ² d Surface d’une sphère de rayon d : S = 4pd² I décroît quand d croît Unité : le Watt par m², noté W/m²  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les niveaux sonores Ø Niveau de pression acoustique : ü Oreille = organe sensible à des sons correspondant à des pressions acoustiques allant de 20 µPa à 20 Pa (6 ordres de grandeur) ü Weber et Fechner ont montré que, pour l’oreille, la sensation variait, en première approximation, comme le logarithme de l’excitation sonore. D’où l’idée d’utiliser une échelle logarithmique pour mesurer la pression acoustique. ü Niveau de pression acoustique : Lp : s’exprime en dB éæ p ö 2 ù æ p eff ö L p = 10. log êçç eff ÷÷ ú = 20. logçç ÷÷ où p0=20µPa êëè p 0 ø úû è p0 ø  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les niveaux sonores Ø Niveau de pression acoustique de crête : où p0=20µPa  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les niveaux sonores Ø Niveau de pression sonore (suite) : ü Ordre de grandeur : souvent entre 30 dB et 130 dB ü Le Lp se mesure avec un sonomètre  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse Règlemen complexes ; pression ; niveau physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h tation Les niveaux sonores Ø Niveau d’intensité sonore : æ I ö ü Définition : L I = 10. logçç ÷÷ è I0 ø où I0 est l’intensité de référence (seuil d’audibilité) I0=10-12 W/m2 ü Unité : dB  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores Ø Niveau d’intensité sonore : Suffisamment loin de la source Lp=LI Ø Propriétés : ü Les niveaux (d’intensité ou de pression) ne sont pas des grandeurs additives. ü Seule l’intensité est une grandeur additive.  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores Ø Pondération A : ü L’oreille humaine ne perçoit pas toutes les fréquences de manière identique. ü La pondération A est une pondération fréquentielle qui permet de prendre en compte la sensibilité de l’oreille humaine moyenne pour des sons d’intensité modérée.  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores Ø Pondération C : ü L’oreille humaine ne perçoit pas toutes les fréquences de manière identique. ü La pondération C est une pondération fréquentielle qui permet de prendre en compte la sensibilité de l’oreille humaine moyenne pour des sons d’intensité élevée.  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores Ø Les LW, LI, Lp & LAeq s’exprimeront en dB(A) Ø Le Lpc s’exprimera en dB(C) Ø On peut mesurer Lp, LAeq et Lpc avec un sonomètre à hauteur de l’oreille de l’opérateur (à moins de 40 cm de cette dernière) Ø L’instrument le plus indiqué pour le LAeq sur une journée et le Lpc sur une journée est l’exposimètre (ou dosimètre bruit). Cet instrument est posé sur l’opérateur concerné pendant sa journée de travail (journée représentative de son travail, ni plus dense, ni moins dense).  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores Ø Un opérateur est soumis à un bruit dont le niveau varie : ü Phase 1 : durée : Dt1 ; Niveau LI1 ü Phase 2 : durée : Dt2 ; Niveau LI2 ü Phase 3 : durée : Dt3 ; Niveau LI3 ü … Phase 10 : durée : Dt10 ; Niveau LI10 ü On note T, la durée totale : T= Dt1 + Dt2 +…+ Dt10 Le LAeq est le niveau correspondant à l’intensité moyenne :  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Les niveaux sonores : Deux indicateurs : Ø INDICATEUR DE RISQUE CHRONIQUE : Le niveau d’exposition sonore quotidien, Lex,8h est le niveau correspondant à l’intensité sonore reçue sur une journée de travail, dont la durée réelle est T, mais répartie sur 8h : soit : Unité le dB(C) Ø INDICATEUR DE RISQUE AIGU : Le niveau de pression de crête : Lpc Unité le dB(A)  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Réglementation : Décret 2006-892 Ø Définition des deux indicateurs : ü Lex,8h : indicateur de risque chronique ü Lpc : indicateur de risque aigu Ø Définitions des couples de valeurs seuils : VAI, VAS, VLE Ø Actions à mettre en œuvre en fonction de l’exposition Ø Acteurs de la lutte contre le bruit : cf. BUT 2 Ø Eléments d’évaluation du risque Bruit : cf. BUT2  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Réglementation : Décret 2006-892 87 dB(A) VLE Série d’actions (4) VLE 140 dB(C) Série d’actions (3) 85 dB(A) VAS VAS 137 dB(C) Série d’actions (2) 80 dB(A) VAI VAI 135 dB(C) Série d’actions (1) Lex, 8h Lpc  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Réglementation : Décret 2006-892 Ø Source : INRS ED 6035 p9  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Réglementation : Décret 2006-892 Ø Organisation de l’évaluation Source : INRS ED 6035 p26  Sons purs, Niveau de LAeq ; Aspects Analyse complexes ; pression ; niveau Règlementation physiques Bruit spectrale d’intensité Lex, 8h Réglementation : Décret 2006-892 Ø Contribution à l’exposition Source : INRS ED 6035 p33