Chapitre 3: acoustique DROIT de PROPRIETE

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1 Chapitre 3: acoustique DROIT de PROPRIETE
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2 onde période Intensité acoustique propagation Puissance acoustique Fréquence, f

3 Sommmaire: 1 - Nature du son a - caractéristiques
b - formules - unités c – mise en oeuvre d – pression/puissance e – transmission / propagation 2 - mesures du son a - pondération b - points de mesures c - salles de mesures d – bande d’octave 3 - origine du bruit des machines a – excitations aérodynamique / hydraulique / électrique / mécanique b – origine bruit automobile 4 - Sensibilité humaine aux bruits a - généralités b - influence des fréquences c - influence des amplitudes Exercice

4 1 - Nature du son a – caractéristique Le son ou onde sonore est une oscillation mécanique de pression qui se propage en général longitudinalement. Le son se caractérise par: la tonie : c’est la fréquence ou hauteur de son - la sonie: c’est l’amplitude ou intensité physiologique - le timbre: c’est la forme du signal vibratoire

5 En machine tournante, un seul type de source sonore:
- source harmonique entretenue L’onde produite est périodique, comme le son d’un instrument Autres type de source: aléatoire, impulsionnelle

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7 b - formules Le niveau sonore s’exprime en dB et se calcule selon les formules: L = 10 x log I/Io avec I, intensité acoustique (Io = W/m² qui correspond au 0 dB) Lp = 10 x log (p²/p²ref) ou 20 x log (p/po) avec p, pression acoustique (pref ou po = 20 mPa ( Pa) dans l’air) La pression acoustique dépend de la source , de l’environnement et de la localisation.

8 La puissance acoustique est l’énergie acoustique qu’une source transmet.
C’est une caractéristique intrinsèque de la source de bruit. Elle est donc comparable puisque indépendante des paramètres extérieurs. Lw = 10 x log (P/Po) ou 10 x log (W/Wo)

9 c - mise en oeuvre : Microphone pour mesures de pression acoustique Cartographie de points de mesures Résultat global de niveau de pression Calcul de la surface de mesure Evaluation de la puissance acoustique

10 d– pression / puissance

11 e - Transmission / Propagation:

12 Vitesse de propagation des ondes acoustiques telle que:
Célérité du son: Vitesse de propagation des ondes acoustiques telle que: Longueur onde = c / freq cair = 340 m/s ; c eau douce = m/s ; c bois chêne = m/s ceau mer = m/s; cacier = m/s À mettre en relation avec le dimensionnement des obstacles, des chicanes ou des ouvertures La dimension d’un obstacle doit être supérieure à la longueur d’onde pour apporter une perturbation significative la distance entre 2 chicanes doit être inférieure à la longueur d’onde pour éviter la propagation la dimension d’une ouverture doit être inférieure à la longueur d’onde pour être considérée comme « isolante »

13 2 – La mesure du son a - Pondération Courbes isosoniques: la sensibilité de l’oreille varie en fonction de la fréquence. Elle est plus sensible aux fréquences moyennes (1000 Hz). Les courbes isosoniques indiquent le niveau de pression acoustique pour une même intensité acoustique apparente à l’oreille d’un son de 1000 Hz. En fonction de la fréquence, une personne perçoit un son de même niveau. L'unité de mesure de niveau de son est le phone. Deux ondes sinusoïdales d'égal phone ont, par définition, le même niveau sonore.

14 Courbe isosoniques: Zone d’augmentation de l’amplitude pour une même perception de son

15 Courbes de pondération:
Il existe 4 pondérations (filtre) pour reproduire la sensibilité de l’oreille à partir de la réponse linéaire. La courbe la plus répondue est la courbe de pondération A privilégiant les fréquences entre 1000 et 5000 Hz, pour une sensibilité de l’oreille à 40dB.

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17 b - points de mesures Très précise pour une mesures en pression à répéter. Absence d’obstacle et ondes sonores propagées dites sphériques Mesures en champ libre =

18 Champ proche: le niveau varie pour un faible déplacement du point de mesure: éviter d’y faire des mesures. Champ éloigné: espace situé au delà du son proche Champ libre: le niveau chute de 6 dB pour chaque doublement de distance: zone de mesure Champ réverbérant: mesures loin de la source et les réflexions dues aux parois peuvent être aussi fortes que le son direct: éviter d’y faire des mesures.

19 Variation du niveau de bruit avec la distance de mesure:
Là d2 = Là d Log (d1/d2) Exemple: on mesure 55dB à 25 cm, le bruit à 1m se calcule ainsi: L1m = Log (0,25 / 1) = = 43 dB

20 c - Salle de mesures La chambre anéchoïque ou chambre sourde est une installation d'essai conçue en vue de reproduire des conditions de champ acoustique libre dans un environnement contrôlé. Les parois de cette salle absorbent 99 % de toute l'énergie acoustique incidente dans la plage de fréquences prévue à sa conception et le niveau du bruit provenant de sources externes est inférieur au champ d'audibilité minimum. Souvent ce type de salle ne permet d’absorber qu’une plage de fréquences, on parle de chambre semi-anéchoïque.

21 Chambre réverbérante:
Les parois sont réfléchissantes pour répartir uniformément l’énergie acoustique dans l’ensemble de la salle. On dit que l’on est en champ réverbéré ou champ diffus. Utile pour la mesure de puissance sonore sans information sur la directivité du bruit Le temps de réverbération est le temps mis pour dissiper l’énergie acoustique d’une salle. Plus le temps est bref, plus le local est absorbant: 0,1 s pour une chambre sourde et 5s pour une salle réverbérante

22 Bande d'octave L'oreille humaine réagit de manière logarithmique vis-à-vis de la hauteur d'un son: En musique on parle d'octave pour l'intervalle de 12 demi-tons, entre deux même note à des hauteurs différentes. Il apparait que cet écart correspond de très près au doublement de la fréquence de la note la plus basse.

23 On choisit alors de décrire la hauteur des sons de la même matière en décomposant le son en bandes de fréquences centrées sur les octaves: 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 16000Hz. Bande de tiers d'octave Une bande d'octave est découpée en trois bandes de manière logarithmique. Ces bandes sont plus fines et permettent une meilleure analyse d'un phénomène.

24 Représentation en bande tiers d’octave:
Représentation en bande d’octave: les fabricants d’isolants indiquent les propriétés des matériaux « par bande d’octave ».

25 3 - Origine du bruit des machines
a - Excitation aérodynamique / hydraulique / électrique / mécanique b - Origine bruit automobile

26 a1 - Origine aérodynamique:
Excitation directe de l’air ou d’un gaz sous l’effet de l’écoulement ou de l’interaction de cet écoulement avec des obstacles fixes ou mobiles. Exemple matériel LS = Essentiellement ventilateur: Gains apportés par des modifications géométriques ou de matière Dispersion de fabrication très peu influente

27 a2 - Origine hydraulique:
Identique au phénomène précédent avec en supplément le phénomène de cavitation. Exemple matériel LS = Essentiellement réducteur mais niveau négligeable en charge: Gains apportés par des modifications des parties tournantes ou intérieur carter Dispersion de fabrication très peu influente

28 a3 - Origine électrique:
Forces alternatives d’origine électromagnétique qui s’exercent sur des éléments mobiles et fixes ou qui produisent des effets de magnétostriction. Exemple matériel LS = Moteur: variation du champ tournant Magnétostriction: le paquet de tôles se trouve comprimé alternativement par le champ magnétique Variation du couple réluctant en fonction des nombres d’encoches stator et rotor

29 a4 - Origine mécanique: Forces alternatives d’origine mécanique ou impulsionnelle liées à des chocs qui s’exercent sur les éléments mobiles et fixes.

30 Exemple matériel LS = Moteur / Alternateur/ Réducteur: Balourd: même si difficilement perceptible à l’oreille Roulement: choc des billes Joint: frottement trop important dû à un mauvais montage Capot: résonance des capots en tôle Mauvais engrènement: défaut denture, délignement, pollution lubrifiant

31 Roulement: influence de défaut de roulement sur spectres de bruit
Sur les profils de spectres de mesure de bruit, Hz, 2 pics prédominants liés au fonctionnement moteur (8 kHz et 16 kHz) . Mais sur les moteurs avec défauts roulements, nous observons une série de raies avoisinant les 50 dBs dans la plage 500 Hz-2 kHz.

32 Estimation d'un bruit d'engrenage:
Mauvais engrènement: défaut denture, délignement, pollution lubrifiant Estimation d'un bruit d'engrenage: Engrenage cylindrique machine classique  LwA = 77,1 + 12,2 log P Engrenage cylindrique pour turbo machine  LwA = 85,6 + 6,4 log P Engrenage à train planétaire  LwA = 87,7 + 4,4 log P Engrenage roue et vis  LwA = ,9 log P Engrenage à angle droit  LwA = 71,7 + 15,9 log P LwA en dBA et P en KW

33 Schématique de la génération du bruit dans les machines tournantes électriques:

34 4 - Sensibilité humaine aux bruits
Généralités influence des fréquences influence de l’amplitude

35 a - Généralités Le corps humain est plus sensible aux bruits: dont les fréquences sont comprises entre 20 Hz et 20 kHz qu’aux autres. dont l’intensité est comprise entre Pa pour un son pur à 1000 Hz (0 db est le seuil d’audibilité) et 140 dB pour un son pur à 1000 Hz, et 120 dB à 5000 Hz (seuil de douleur).

36 Exemple des fréquences fondamentales piano et de la voix humaine
b - Influence des fréquences: L’oreille humaine perçoit les sons dont la fréquence est comprise entre 20 et Hz: De 20 à 200 Hz, ce sont les basses fréquences De 200 à Hz, ce sont les moyennes fréquences De à Hz, ce sont les hautes fréquences En-deçà ce sont les infrasons, au-delà ce sont les ultrasons. Exemple des fréquences fondamentales piano et de la voix humaine

37 Influence des fréquences:
0 Hz = infrasons (inaudibles) 20 Hz = seuil d’audibilité entre 20 Hz et 300 Hz = sons graves entre 300 Hz et Hz = sons médium entre 6000 Hz et Hz = sons aigus au delà de Hz = ultrasons (inaudibles)

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39 b - Influence des amplitudes:

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41 } Alternateur LS } Moteur LS

42 Quelle est l’origine du bruit?
Exercice: Mesure de bruit autour d’une machine à laver: pic de mesure à 10 Hz Quelle est l’origine du bruit? Mesure de vibration: pic à 10 Hz Données = vitesse de fonctionnement: 600 rpm Quelles peuvent être les origines de la vibration? 1 - Balourd car 600 rpm = 10 Hz – si linge dans la cuve 2 - Sans linge dans la cuve, Résonance possible sur l’ordre 1 Fo = 1/(2. Pi) x  (K/M) Fo = 10 Hz Pour avoir Fo = 7 Hz, Quelle masse à rajouter? Raideur = 4 ressorts de N/m Masse cuve = 16 kg Quelle est la valeur de la fréquence propre? 17 Kg

43 Encoffrement: Passage de son aérien par les défauts d’étanchéité et ouvertures inévitables Son aérien et rayonnement en bruit aérien par propagation Son solidien et rayonnement en bruit aérien Passage de son aérien à travers la paroi

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45 Les étapes pour la détermination de l’encoffrement:
Évaluer les contraintes environnantes et la source de bruit (spectres) Evaluer l’épaisseur de paroi pour l’isolement, basée sur l’indice d’affaiblissement en fonction de la fréquence de la source de bruit Déterminer le matériau absorbant à l’intérieur de l’encoffrement en fonction du coefficient d’absorption Supprimer ou minimiser les fuites acoustiques par les ouvertures (joints d’étanchéité) Traiter les ouvertures (restées nécessaires) par chicane (longueur de tunnel supérieure à 2 fois largeur) Découpler mécaniquement l’encoffrement (isolation vis-à-vis de la transmission solidienne)