CONTROLE ACTIF DU BRUIT NOTIONS ABORDEES

2ème THEME : LE SON
CHAPITRE SON ET ARCHITECTURE
TP ISOLATION PHONIQUE – CONTROLE ACTIF DU BRUIT
NOTIONS ABORDEES :

Mesures de niveaux sonores

Interférences
I.
ISOLATION PHONIQUE
1. Les principes de l’isolation phonique
a. Loi de masse
Plus c’est lourd, mieux ça isole : Autrement dit, à épaisseur égale, une cloison en béton isolera mieux qu’une cloison en plâtre,
car à volume égal, le béton est plus lourd que le plâtre
b. Loi « masse-ressort-masse »
En combinant certains matériaux, on peut appliquer la loi dite « masse-ressort-masse » ; le matériau ressort placé entre les
deux matériaux massiques joue le rôle d’amortisseur du son
c. Loi d’étanchéité
Là où l’air passe, le bruit passe. Le bruit passe sous les portes, par l’absence de joints aux fenêtres, par les entrées d’air,
etc. Une bonne isolation acoustique suppose une bonne étanchéité à l’air
2. Comportement des isolants phoniques
L’isolation phonique consiste à utiliser des matériaux qui atténuent le niveau sonore incident L inc qu’ils reçoivent. Cette
propriété est quantifiée à l’aide de l’indice d’affaiblissement R, en décibel : R = Linc – Ltrans, où Ltrans est le niveau sonore
mesuré après la traversée des matériaux
Le comportement des isolants phoniques est décrit par trois grandeurs : les coefficients (sans unité) de transmission (t),
d’absorption (a) et de réflexion (r) de l’intensité acoustique incidente
t = Itra/Iinc
;
a = Iabs/Iinc
;
r = Irefl/Iinc
Plus le coefficient de transmission est faible, plus l’isolant phonique est efficace. Par exemple, le coefficient de transmission
à la fréquence de 2 kHz d’un vitrage simple d’épaisseur 4 mm est ts = 1,6.10 -3 ; pour un double vitrage d’épaisseur 4 mm de
verre – 6 mm d’air – 4 mm de verre, le coefficient de transmission est td = 1,6.10 -4.
1) Exprimer le coefficient de transmission t en fonction de l’indice d’affaiblissement R
2) Indiquer sur un schéma les intensités acoustiques incidentes, réfléchies et transmises à travers un simple vitrage, puis
à travers un double vitrage
3) Quelle est la différence en décibels, entre les niveaux sonores transmis par les deux types de vitrage cités, provoqué
par un même bruit extérieur de 80 dB ?
3. Mesure de l’indice d’affaiblissement acoustique R
L’indice d’affaiblissement R d’une paroi est la
différence entre le niveau sonore incident et le
niveau sonore transmis par la paroi. R s’exprime
en dB. L’indice d’affaiblissement total de parois
superposées est égal à la somme des indices
des parois
1) En évaluant la longueur d’onde d’une onde
sonore de 400 Hz, justifier l’emploi de la
masse surfacique plutôt que de la masse
volumique comme paramètre d’influence
de la valeur de R. Ce raisonnement est-il
encore valable à 5 kHz ?
2)
Pourquoi R augmente-t-il avec la masse surfacique ?
4. Manipulations
a. Vérification de la loi de masse
A l’aide du matériel disponible, proposer un protocole permettant de vérifier la loi des masses. Consigner vos résultats dans
le tableau suivant :
Matériaux
Niveau sonore sans
matériaux Lo (dB)
Niveau sonore avec
matériaux L1 (dB)
Indice d’affaiblissement
R=Lo-L1 (dB)
Coefficient de transmission a
Masse en g
Plexiglas
Plâtre
Bois
Polystyrène
b. Vérification de la loi « masse-ressort-masse »
A l’aide du matériel disponible, proposer un protocole permettant de vérifier la loi masse-ressort-masse. Consigner vos
résultats dans le tableau suivant :
Pour le matériau massique plexiglas
Matériaux
ressort
Niveau sonore
sans matériaux
Lo (dB)
Niveau sonore
avec matériaux
L1 (dB)
Indice
d’affaiblissement
R=Lo-L1 (dB)
air
Plâtre
Bois
Liège
Polystyrène
Laine de verre
c. Influence de la fréquence
A l’aide du matériel disponible, proposer un protocole permettant de vérifier l’influence de la fréquence sur l’affaiblissement
acoustique. Consigner vos résultats dans le tableau suivant :
Matériaux
Lo (sans
L1 plexi
L2 Plâtre
L3 Bois
L4 Liège
L5 Polystyrène L6 Laine de
matériau)
verre
f = 200 Hz
F = 1 kHz
F = 5 kHz
Indice d’affaiblissement R des matériaux :
Matériaux
R1 plexi
R2 Plâtre
R3 Bois
R4 Liège
R5 Polystyrène
R6 Laine de
verre
f = 200 Hz
F = 1 kHz
F = 5 kHz
1)
2)
3)
4)
5. Exploitation
Classer les matériaux du meilleur au moins bon isolant acoustique. La loi des masses est-elle vérifiée ?
Quel est le meilleur matériau ressort dans la loi « masse-ressort-masse » ?
Quel est le meilleur matériau pour s’isoler des sons graves ? médiums ? aigus ?
Quel est l’indice d’isolation acoustique pour une épaisseur de béton de 6 cm à 100 Hz ? 1600 Hz ? 6400 Hz
II.
CONTROLE ACTIF DU BRUIT (CAB) – ACOUSTIQUE ACTIVE
L’isolation acoustique active est une méthode de lutte contre le bruit reposant sur l’utilisation de sources sonores
secondaires émettant des sons interférant de manière destructive avec les sons incidents
1. Le casque à acoustique active
Avec 22 brevets à son actif, la société TechnoFirst, fondée en
1990, spécialiste des solutions de réduction de bruit et de
vibrations, innove encore. Une dizaine d’années de recherche
fondamentale en collaboration avec des grands noms de l’industrie a
donné naissance à toute une gamme de produits, destinés à contrer
chaque type de gêne sonore. Leur fonctionnement est basé sur une
innovation : le contrôle actif.
« En traitant les basses fréquences par l’injection d’un contrebruit, nos produits vont au-delà des silencieux et isolants
traditionnels. TechnoFirst propose différentes solutions qui
s’adaptent à l’émetteur d’une pollution sonore, tel un moteur, ou
bien appropriées à l’individu la subissant… »
Le Noisemaster, casque à acoustique active, est le premier produit sorti des laboratoires de la PME. Intégrant la technologie
ANR (Active Noise Reduction), ce type de casque destiné aux pilotes et au personnel au sol permet d’améliorer la perception
de l’environnement sonore et de réduire la fatigue causée par les sons graves.
Une électronique miniaturisée, placée à l’intérieur de la coquille, est connectée d’une part à un microphone qui capte le bruit
ambiant et d’autre part, à un petit haut-parleur qui génère le contre-bruit à proximité de l’oreille de façon à atténuer
considérablement le bruit qui arrive au tympan
Magali Rebeaud, Air et Cosmos, n°2273, 8/07/2011
1) Qu’appelle-t-on un contre-bruit ?
2) Expliquer comment il est capable de diminuer le bruit
2. Principe de l’acoustique active
En un point de l’espace, deux ondes sonores sinusoïdales de même fréquence f interfèrent. Si ces ondes ont la même
amplitude, les pressions acoustiques associées sont p(t) = pocos(2πft) et p’(t) = pocos(2πft + φ), où φ, exprimé en radians, est
le déphasage d’une onde par rapport à l’autre
1) Montrer que la superposition de ces deux ondes sonores est nulle si elles sont en opposition de phase (φ=π). Illustrer
ceci par un schéma représentant les allures temporelles des ondes en un point
3.
Expérience
a. Mise en œuvre
On cherche à atténuer un son de fréquence 440 Hz par un CAB.
1) Quelle doit être la fréquence du son produit par le CAB ?
2) Quelle autre particularité doit présenter le son produit par le CAB ?
Le logiciel Audacity peut créer des effets à partir d’un son créé ou enregistré
3) Dans le menu effets du logiciel, quelle fonction permettrait de générer le son produit par le CAB ?
b. Manipulation
A l’aide du logiciel, générer le son souhaité. L’associer dans
la « piste audio » au canal gauche
Générer une deuxième piste avec un son identique au
précédent. L’associer au canal droit
Modifier cette nouvelle piste afin de lréaliser le contrebruit
Zoomer afin d’observer les deux sinusoïdes
Connecter le casque au PC, puis lancer la lecture des
signaux.
Déplacez-vous par rapport aux haut-parleurs. Que
remarque-t-on ?
4. Bilan
Par quel principe l’acoustique active permet-elle d’atténuer un bruit ?