Informations générales concernant le bruit

Le bruit, une onde en mouvement

Un bruit se propageant dans l'air peut être imaginé comme une variation de pression se déplaçant dans l'air. Il possède une longueur d'onde, une fréquence et une intensité. Le bruit se déplace de sa source vers son point de réception à travers un conducteur. Lorsque l'énergie du bruit impacte les molécules du conducteur, celles-ci vibrent d'avant en arrière, générant une onde qui transmet l'énergie du bruit. La vitesse de propagation du bruit dépend du conducteur emprunté par les ondes. Il s'agit d'une caractéristique fondamentale propre à chaque matériau. Un matériau solide sera un excellent conducteur de bruit, les liquides étant des conducteurs moyens et les gaz les plus mauvais conducteurs de bruit. Par exemple, le bruit se déplace dans l'air à seulement 340 mètres par seconde, alors qu'il se déplace dans l'acier à près de 5 200 mètres par seconde.

Une onde sonore consiste en un motif répétitif de hautes et basses pressions se déplaçant le long d'un conducteur. Elle est parfois appelée onde de pression. Les ondes sonores sont souvent décrites dans des graphiques semblables à celui ci-dessous, sur lequel l'axe x représente le temps et l'axe y la pression ou la densité du conducteur le long duquel se déplace le bruit.

Le bruit, une onde en mouvement

Valeur physique

Symbole

Unité 

Formule 

Fréquence

 f=1/T

Hz=1/s 

 f=c/λ

Longueur d'onde

 λ

λ=c/f

Temps d’une période ou durée du cycle  

T=1/f 

 T=λ/c

Vitesse d'onde

 c

m/s

 c=λxf


L'oreille humaine étant extrêmement sensible, notre sens de l'audition se contente de faibles intensités. La plage audible par l'oreille humaine s'étend de 0 dB (seuil de l'audition) à 120 dB (seuil de la douleur), dans des fréquences comprises entre 20 et 20 000 Hz. Les fréquences inférieures de notre plage d'audition sont appelées "infrasons" et les fréquences supérieures à 20 000 Hz sont appelées "ultrasons".

La plage de fréquences la plus importante pour la distinction du discours est celle s'étendant entre 300 et 3 000 Hz. Les bruits ne sont généralement pas des notes pures, mais se composent d'une gamme d'énergies sonores s'étendant sur une large bande de fréquences. Les fréquences centrales font l'objet d'une norme internationale. Le tableau ci-dessous montre certaines des bandes de fréquence standard.

Octave bands

Sound chart

L'oreille humaine répond à la pression sonore, qui se mesure en Pa (N/m²). La pression sonore la plus faible qu'une oreille normale peut détecter est d'environ 0,00002 Pa, la limite de la douleur se situant pour sa part autour de 200 Pa. Du fait de cette large plage de pressions détectables, il n'est pas pratique d'utiliser une échelle linéaire ; les niveaux de pression sonore sont donc généralement exprimés à l'aide d'une échelle logarithmique (dite "échelle dB"). Les termes dB et bel (=10 dB) sont des termes purement mathématiques, qui ne sont pas réservés spécifiquement à l'acoustique. Le bel est le logarithme de la relation entre deux quantités.

La perception d'un son varie d'une personne à l'autre. Un son à peine perceptible pour une personne, pourra ainsi se révéler très irritant pour une autre. Un individu peut également réagir différemment à un même son en fonction de son humeur. En général, une augmentation du niveau sonore de 10 dB est perçue comme un doublement du niveau sonore, tandis qu'une augmentation de 1–2 dB est la plus petite modification perceptible par l'oreille.

La perception du son dépend

  • Du niveau sonore
  • De la fréquence
  • Du type de son
    (constant ou intermittent)
  • De la nature du son (bruit ou musique) 
     

Pression sonore

 

Arithmétique des décibels

Comme mentionné précédemment, le décibel est une valeur logarithmique qui ne peut pas être ajoutée ou retranchée comme peut l'être une valeur linéaire. Il est par conséquent nécessaire de revenir à une unité linéaire, le Pa, afin de réaliser des calculs, avant de revenir aux valeurs logarithmiques.

Par exemple, si l'on souhaite additionner les deux valeurs de niveau sonore suivantes:

Lp1= 40 dB and Lp2=45 dB

Il convient tout d'abord de convertir les unités en bels en les divisant par 10, puis de revenir à des valeurs linéaires afin de procéder à l'addition:

104.0 + 104.5 =10 000 + 31 622 = 41 622

Le retour aux valeurs logarithmiques donne alors: log (41 622) = 4.62 bel

Soit:
Lp.tot = 46.2 dB

Alternativement, la figure ci-dessus peut être
utilisée pour obtenir le même résultat.

 

Arithmétique des décibels 


 

Mathématiquement, l'addition de deux sources identiques augmente le niveau sonore de 3 dB, tandis que l'addition de 10 sources identiques l'augmente de 10 dB. Cela peut également être illustré à l'aide de la figure suivante.

Decibel arithmetic


Lorsque le niveau sonore est mesuré, la sensibilité de l'oreille est prise en compte grâce à l'utilisation de différents filtres. Ces filtres sont notés dB(A), dB(B) et dB(C). Le filtre le plus souvent utilisé est le filtre pondéré dB(A), qui imite le filtrage des sons par l'oreille humaine. Voir la figure ci-dessous, qui présente la courbe d'atténuation pour le filtre dB(A). 

la courbe d'atténuation pour le filtre dB (A)

Réflexion et absorption du bruit, isolation phonique

Le bruit peut être absorbé, transmis ou réfléchi. Lorsque les limites d'une pièce, telles que le plafond, le plancher ou les murs, sont impactées par une onde sonore, une partie de l'énergie sonore est réfléchie, une autre partie est absorbée par les matériaux et une dernière partie est transmise par ces mêmes matériaux, comme l'illustre la figure.

 

Réflexion et absorption du bruit, isolation phonique


Les proportions de bruit réfléchi, absorbé et transmis dépendent de la forme du matériau ou de la construction impacté par l'onde sonore, ainsi que de la fréquence de celle-ci. En sachant cela, trois paramètres acoustiques peuvent être définis.

Le coefficient d'absorption, α = (bruit absorbé + bruit transmis)/(bruit incident)

Le coefficient de réflexion, ζ = (bruit réfléchi)/(bruit incident)
Le coefficient de transmission, τ = (bruit transmis)/(bruit incident)