090120 cours environnement - chap04 - propagation du bruit

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1Acoustique Environnementale / Chapitre 04

Acoustique environnementale

Acoustique Environnementale 2005-2006 / Chapitre 04

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Acoustique environnementale Chapitre 04 : Propagation du bruit dans l’environnement

2006 – 2007Ing. M. Van Damme

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- Type de source (ponctuelle ou linéaire),

- L’éloignement par rapport à la source,

- L’absorption atmosphérique,

- La vitesse et la direction du vent,

- La température et les gradients de température,

- La présence d’écrans acoustiques ou de bâtiments,

- La nature et l’état du sol,

- Les réflexions acoustiques,

- L’humidité relative,

- La présence de précipitations.

Différences parfois > 10 dB entre les mesurages

Généralités

Facteurs essentiels affectant la propagation du bruit

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On appelle champ libre un milieu dans lequel les ondes acoustiques se propagent àpartir de la source sans rencontrer d’obstacle = cas de figure théorique.

Ondes acoustiques propagées sphériques, décroissance théorique de 6 dB pardoublement de distance.

Champ libre

Généralités

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En niveau de pression :

Par doublement de distance :

Relation identique que l’on passe de 1 à 2 m, de 2 à 4 ou de 100 à 200.

Relation indépendante de la fréquence.

Par cette relation : on perd 20 dB quand la distance est multipliée par 10 :

Exemple pour un bruit de 80 dB

Atténuation en fonction de la distance

rLLmprp lg20

)1()(−=

6)()2(−=

rprp LL

20)()10(−=

rprp LL

Généralités

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= source petite comparée à la distance qui la sépare du récepteur.

Assimilable à un point.

Exemples : ventilateurs, chéminées d’évacuation.

Propagation omnidirectionnelle.

Niveau de pression acoustique mesuré , identique en tous points situés à une même distance de la source.

LE NIVEAU DE PRESSION ACOUSTIQUE DIMINUE DE 6 dB PAR DOUBLEMENT DE LA DISTANCE.

En pratique : décroissance de 4 à 5 dB

Pour une source de niveau de puissance Lw situé à une distance r de cette source, sur un sol plan :

Source ponctuelle

8lg20 −−= rLL Wp

Généralités

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Source ponctuelle

Exemple :

Une unité de climatisation d’une puissance acoustique de 60 dB(A) est installée sur une toiture. Quel sera le

niveau de pression en un point de réception situé à 10 m en espace libre ?

Voir tableau en annexe des notes de cours.

Directivité de la sourceSi la source est directive (émission plus forte dans une direction), le fabricant fourni un niveau de pression acoustique L’p à une certaine distance d’, pour une direction donnée.

Dans ce cas, pour déterminer Lp dans cette même direction, à une distance d :

- Dans le tableau en annexe, à la colonne d’, repérer le L’p donné.

- La valeur Lp se trouve sur la même ligne à l’intersection avec la colonne de distance d.

Exemple :

Pour L’p = 62 dB(A) à d’ = 10 m. Quel sera le niveau de pression en un point de réception situé à 40 m en

espace libre ?

Généralités

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La présence d’une surface réfléchissante modifie la directivité de la source selon :

Avec Q : facteur de directivité tel que :

Q = 2 Q = 4 Q = 8

En pratique :

Directivité d’une source ponctuelle

24lg10

rQLL Wp π

+=

2CLL pcorrigép +=

Généralités

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= source allongée dans une direction.

Assimilable à une ligne.

Exemples : conduite transportant un fluide, flux de véhicules sur un axe routier.

Propagation cylindrique.

Niveau de pression acoustique mesuré , identique en tous points équidistants de la ligne.

LE NIVEAU DE PRESSION ACOUSTIQUE DIMINUE DE 3 dB PAR DOUBLEMENT DE LA DISTANCE.

Pour une source de niveau de puissance Lw situé à une distance r de cette source :

Source linéaire

5lg10 −−= rLL Wp

Généralités

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L’efficacité d’un écran est essentiellement due à deux facteurs :

- La différence entre le chemin direct et la transmission entre la source et le récepteur et le chemin passant par dessus l’obstacle : a + b - c sur le graphe,

- Le contenu fréquentiel du bruit (fonctionne moins bien aux basses fréquences).

Barrières acoustiques – écrans antibruits

Généralités

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Effet de barrière d’un écran antibruit en fonction de sa hauteur. Proximité source/récepteur = efficacité

Barrières acoustiques – écrans antibruits

Généralités

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Phénomène complexe, dépendant de nombreux facteurs :

- Éloignement de la source,

- Contenu fréquentiel du bruit,

- Température ambiante,

- Humidité relative,

- Pression atmosphérique.

l’absorption atmosphérique a peu d’effet sur les bruits riches en basses fréquences.

Les basses fréquences peuvent se propager très loin (ex. des séismes).

Courbes de référence : par exemple, à 4000 Hz, pour une température de 20°C et une HR de 30 % : atténuationpar dissipation = 50 dB/km.

L’atténuation par dissipation s’ajoute à l’atténuation géométrique pour donner l’atténuation totale.

Absorption atmosphérique

Généralités

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Excepté pour des atmosphères très sèches et des basses températures, l’atténuation diminue si l’humiditéaugmente.

Les sons se propagent plus loin par temps humide que par temps sec.

Humidité

Généralités

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La vitesse du vent augmente avec l’altitude, rabattant vers le sol le trajet de propagation du son :

- création d’une zone favorable de propagation du côté vent portant de la source,

- création d’une zone défavorable de propagation du côté de la source contre le vent.

Influence négligeable sur des distances < 50 m mais importante au-delà.

Mesure côté vent portant : quelques dB de différence par rapport à une situation sans vent.

Mesure contre le vent : zone d’ombre pouvant atteindre plus de 20 dB.

Vent

Généralités

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La vitesse du vent augmente avec l’altitude, rabattant vers le sol le trajet de propagation du son :

- création d’une zone favorable de propagation du côté vent portant de la source,

- création d’une zone défavorable de propagation du côté de la source contre le vent.

Vent

Généralités

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Effets surtout marqués tout autour de la source.

Journée ensoleillée : T° diminue avec l’altitude : zone défavorable à la propagation (le son “monte”).

Par nuit claire : T° augmente avec l’altitude (inversion de T°) : le bruit est rabattu vers le sol.

Température

Rappel Chapitre 01 : Référence : 340 m/s dans l’air

Variation avec la température (en kelvin) selon :

Exemple : T = 0°C c = 330 m/s

Généralités

Tc 20=

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Niveau de bruit en un point récepteur en champ libre = somme :

- Du bruit qui va directement de la source au récepteur,

- Du bruit qui arrive au récepteur après réflexionsur le sol.

Cet effet de sol varie avec l’état de surface et la FREQUENCE :

- Réfléchissant : eau, béton…

- Absorbant : herbes, arbres, végétation,

- Mixte.

- Présence de neige ou de pluie (mesuresdéconseillées)

Nature du sol

Généralités

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Quand le bruit arrive sur une surface :

- Une partie est réfléchie,

- Une partie est transmise,

- Une partie est absorbée.

Sur les façaces, l’énergie réfléchie est trèsimportante.

Lp à proximité de la surface = somme du rayonnement direct et du rayonnement réfléchi.

Réflexions

Règlé générale : A 2 m d’un mur plein, le niveau est de 3 dB(A) supérieur au niveau qui serait mesuré si le mur était absent.

Conditions “champ libre” demandées dans la plupart des réglementations.

Wincidente

WtransmiseWréfléchie

Wabsorbée

Généralités

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Modèles de calcul

Caractérisation du bruit à l’extérieur (p. ex. Bruit des industries) :

ISO 1996

Caractérisation du bruit des équipements :

ISO 4872, ISO 3740, ISO 8297, EN ISO 16032, NBN EN ISO 10052

L’atténuation du son lors de sa propagation à l’air libre

Atténuation du son lors de sa propagation à l’air libre :

ISO 9613-1:1996 : Atténuation du bruit par l’atmosphère

ISO 9613-2:1996 : Méthode générale de calcul

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ISO 9613-2 Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors –Part 2: General method of calculation

Norme ISO 9613-2

Domaine d’application :

- Prescrire une méthode pour le calcul de l’atténuation d’un son lors de la propagation en champ libre,

- Prédire les niveaux de bruit ambiant à une distance donnée provenant de diverses sources

Prédire le Léq,A

Méthode de calcul :

- Soit par bandes d’octave, de 63Hz à 8000Hz.

- Soit globale à partir des LWA et de l’atténuation à 500Hz.La méthode tient compte :

- Des divergences géométriques,

- De l’absorption atmosphérique,

- De l’effet de sol,

- Des réflexions de surfaces,

- De l’effet d’écran. + effet de la végétation et de « l’effet de ville ».

Modèles de calcul

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ISO 9613-2 Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors –Part 2: General method of calculation

Norme ISO 9613-2

La méthode peut s’appliquer :

- Au bruit industriel,

- Au bruit de trafic routier ou ferroviaire,

- Aux bruits des activités de construction.

Elle ne peut pas s’appliquer ;

- À un avion en vol,

- À des ondes de choc liés à des explosions (mines ou activités militaires).

Description de la source :

- Source ponctuelle

- Ensemble de sources ponctuelles (division d’une source linéaire en diverses sections)

- Une source ponctuelle équivalente représentant un ensemble de sources ponctuelles.

Modèles de calcul

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Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A, en dB : valeur du niveau de pression acoustiquepondéré A d’un son continu stable qui, au cours d’une période spécifiée T, a la même pressionacoustique quadratique moyenne qu’un son considéré dont le niveau varie en fonction du temps.

avec T, période qui commence à t1 et se termine à t2.

Niveau de pression acoustique continu équivalent par bande d’octave par vent portant, en dB :

avec pf(t) la pression acoustique instantanée par bande d’octave dans la direction de propagation, et l’indice f, une fréquence centrale nominale d’un filtre de bandes d’octave

Perte par insertion (d’un écran) : différence entre les Lp mesurés à la réception sans écran et avec écran, sansautre modification significative qui puisse affecter la propagation du son.

Définitions

Modèles de calcul – ISO 9613-2

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−= ∫ dt

ptp

ttL

t

t

ATAeq

2

1

20

2

12,

)(1lg10 TATAeq LL ,, =

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−= ∫ dt

ptp

ttDWL

t

t

ffT

2

1

20

2

12

)(1lg10)(

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Conformes à l’ISO 1996-2:1987, à savoir :

- Vent dans un angle de +/-45° par rapport à la direction Emetteur – Récepteur.

- Vent dans le sens Emetteur – Récepteur.

- 1 m/s < Vitesse de vent < 5 m/s (mesuré entre 3m et 11m du sol).

Conditions météorologiques


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Niveau de pression acoustique continu équivalent par bande d’octave par vent portant, au niveau d’unrécepteur, calculé par bandes d’octaves de 63 Hz à 8 kHz, pour chaque source ponctuelle :

avec : LW : niveau de puissance de la source ponctuelle (cf CH02.)

Dc : correction de directivité : = 0 pour une source omnidirectionnelle en espace libre.

A : atténuation par bande d’octave de la source ponctuelle au récepteur.

Niveau de pression acoustique continu équivalent pondéré A, par vent portant = somme des différentescontributions pour les différentes sources, pour les différentes bandes d’octave. (cf CH01).

Niveau moyen de pression acoustique de long terme pondéré A :

Équations de base


ADLDWL cWfT −+=)(

diversécransolatmdiv AAAAAA ++++=

[ ]⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∑ ∑

= =

+n

i j

jAijLAT

ffTDWL1

8

1

)()(1.010lg10)(

meteoATAT CDWLLTL −= )()(

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La divergence géométrique, pour une source ponctuelle, correspond à l’atténuation en champ libre de l’ondesphérique :

avec d : la distance en mètres, entre la source et le récepteur,

d0 : la distance de référence (1 m).

Rem : = relation entre Lp et LW

Divergence géométrique


11lg200

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ddAdiv

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Méthode complète décrite dans l’ISO 9613-1:1993.

Méthode simplifiée :

Absorption atmosphérique


avec a: coefficient d’atténuation atmosphérique, en dB/km, voir tableau ou norme ISO9613-1

d : la distance de propagation

Pour les calcul de prédiction : valeur moyenne pour les conditions météorologiques qui s’appliquent au site.

1000dAatm

α=

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Méthode de calcul valable pour les sols horizontaux ou pour les sols en pente constante.

On distingue trois régions dans le calcul :

- La région “source” : de la source à une distance de 30hs avec un maximum de distance dp.

- La région “récepteur” : du récepteur à une distance de 30hr avec un maximum de distance dp.

- La région intermédiaire : comprise entre les deux précédentes. Elle n’existe pas si dp < (30hs + 30hr).

Selon ce modèle, l’atténuation n’augmente pas avec la région intermédiaire mais dépend principalement des propriétés des régions “source” et “récepteur”.

Effet de sol


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On rencontre trois catégories de surface réfléchissante :

- Sol dur : revêtement de chaussée, eau, glace, béton… toute surface à faible porosité : G = 0

- Sol poreux : sol recouvert d’herbe, d’arbres, de végétation et toute surface de sol convenant à la croissancede la végétation (p.ex : sol de culture) : G = 1

- Sol mixte : surface constituée à la fois de sol dur et de sol poreux. 0 < G < 1

L’atténuation due au sol se calcule, par bande d’octave, en sommant les composantes d’atténuation pour les troisrégions :

Les composantes se déterminent sur base du tableau suivant.

Effet de sol – facteur de sol G


mrssol AAAA ++=

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Effet de sol


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Dans les conditions suivantes :

- Seul le LpA à l’emplacement du récepteur présente un intérêt,

- Propagation sur un sol mixte ou poreux,

- Le son n’est pas un son pur.

L’atténuation due au sol peut être calculée selon :

Effet de sol – Méthode simplifiée


03001728.4 ≥⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=

ddhA m

sol

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Conditions pour qu’un objet soit assimilable à un écran :

- Masse surfacique > 10 kg/m²,

- Surface fermée (pas de trous, fissures…)

- Dimension horizontale de l’objet perpendiculaire à la ligne S-R supérieure à la longueur d’onde à la fréquence centrale nominale pour la bande d’octave concernée.

Effet d’écran

Tf 1=

fccT ==λ

( ) λ>+ rl ll


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L’effet de diffraction n’est pas négligeable, il doit se calculer par :

en haut de l’écran :

sur les bords latéraux de l’écran :

Effet d’écran - diffraction

0>−= solzécran ADA


0>= zécran DA

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Atténuation due à l’écran (dans le cas d’un seul trajet sonore significatif).

Avec C2 : = 20. Différent de 20 dans des cas spéciaux (sources images, =40),

C3 : = 1 pour une diffraction simple,

pour une diffraction double :

z : différence entre les longueurs de trajet du son diffracté et du son direct,

Kmétéo : facteur de correction pour prendre en compte les effets météorologiques,

e : distance entre les deux arêtes de diffraction dans le cas d’une diffraction double

Effet d’écran

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

=2

2

35

31

51

e

eC

λ

λ

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+= météoZ zKCCD 3

23lg10λ


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La différence z entre les longueurs de trajet du son diffracté et du son direct, se calcule selon :

Diffraction simple : Diffraction double :

a : composante de la distance parallèle à l’écran, entre la source et le récepteur.

Effet d’écran

( )[ ] 21

22 addz srss ++=


( )[ ] daeddz srss −+++= 21

22

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Le facteur de correction Kmétéo pour prendre en compte les conditions météorologiques se calcule selon :

Pour z > 0

Pour z < 0

Kmétéo = 1 peut également être pris :

- pour une diffraction latérale autour d’obstacles,

- Pour une distance S-R < 100 m

Quand il y a plus de deux écrans : faire le calcul avec les deux les plus efficaces et négliger les autres.

L’atténuation ne devrait pas être prise supérieure à 20 dB dans le cas de diffraction simple et 25 dB dans le casde diffraction double.

Effet d’écran

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

zdddK srss

météo 220001exp


1=météoK

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On ne calcule l’atténuation de réflexion que pour les réflexions qui remplissent les trois conditions suivantes :

- Une réflexion spéculaire peut être construite,

- L’amplitude du coefficient de réflexion du son pour la surface de l’obstacle est supérieure à 0.2,

- La surface est suffisamment grande pour que la longueur d’onde centrale nominale en mètres, pour la bande d’octave considérée, obéisse à la relation :

Réflexions


( ) ( )⎥⎥⎦⎤

⎢⎢⎣

⎡

+>

roos

roos

dddd

l ,,

,,2

mincos21βλ

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Si des réflexions efficaces sont détectées, on en tient compte en assimilant la source image à une sourceponctuelle que l’on intègre au calcul globale.

La puissance de la source image est calculée par :

Avec r le coefficient de réflexion du son à un angle bsur la surface de l’obstacle (>0.2),

Dir : l’indice de directivité de la source en direction de l’image du récepteur.

Réflexions


IrWimageW DLL ++= )lg(10, ρ

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r coefficient de réflexion acoustique :

Réflexions


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Jusqu’à présent : considérations par vent portant.

Qu’en est-il sur une année ?

Fonction de la hauteur de la source et de la hauteur du récepteur :

Si : alors :

Si : alors :

Avec C0 : facteur dépendant des statistiques météorologiques locales. 0 < C0 < 5 dB. Par défaut : 3 dB.

Correction météorologique


ADLDWL cWfT −+=)(

meteoATAT CDWLLTL −= )()(

( )rsp hhd +≤10 0=météoC

( )rsp hhd +>10 ( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ +−=

p

rsmétéo d

hhCC 1010

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Atténuation (faible) à condition que la vue soit complètement bloquée le long du trajet de propagation.

L’atténuation augmente en fonction de la distance de propagation df à travers la végétation.

Atténuation due à la végétation


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Vu la complexité d’une prédiction, il est recommandé d’estimer Asite par des mesures.

Si des mesures ne sont pas possibles, on peut utiliser le tableau suivant :

Atténuation en site industriel


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Atténuation par les habitations <> Réflexions et propagations sur les murs difficile à estimer.= effet écran = effet de réflexion

Pour estimer l’influence des habitations :

- Soit calcul cumulatif par les effets décrits ci-avant (attention à la précision),

- Soit mesures sur le terrain,

- Soit modélisation Ahabitation (valeur que l’on limite à 10 dB) – précision : 10 dB

Calcul de l’atténuation :

Avec : B : densité des constructions le long de ce trajet = Smaisons/Stotale,

db : longueur du trajet acoustique à travers la région édifiée de maisons (cf atténuation végétation),

p : ce terme n’intervient que si l’on est dans le cas de rangées bien définies de constructions prèsd’une route ou d’un chemin de fer, ou un couloir similaire. p est le pourcentage de la longueur des façades rapportée à la longueur totale de route ou de chemin de fer au voisinage (<90%).

Atténuation nulle dans le cas où la source est petite et qu’elle est vue directement du récepteur.

En zone urbaine, cette atténutation prédomine l’atténuation de l’effet de sol.

Atténuation par les habitations en milieu urbain


⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−=

1001lg101.0 pBdA bhabitation

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Voir Cours d’Acoustique du Bâtiment pour les développements et concepts théoriques.

Le niveau émis à l’extérieur, à une distance r d’une paroi, par une source située à l’intérieur est égale à :

Avec : R : l’atténutaion de la paroi en dB(A) – cf indice d’affaiblissement acoustique,

S : la surface de la façade

r0 : tel que

Modèles de calcul

Propagation du bruit dans un local à travers la façade

( )2

02 1lg10lg10lg106 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−−+−−=

rrrSRLL ppr

π

πSr 2

0 =

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Propagation du bruit d’un local à travers la façade

( )

( ) )(9.3012

1lg1012lg10150lg1062065

1lg10lg10lg106

202

202

AdBrL

rrrSRLL

r

r

p

pp

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−−+−−=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−−+−−=

π

π

mSr 5.5150.220 ===

ππ

Exemple :

Une menuiserie est installée dans un bâtiment dont une des façades extérieures donne sur un jardin voisin. La

surface de cette façade est de 5 m x 30 m. L’isolement acoustique de la paroi est de 20 dB(A) pour le bruit

intérieur dominant. Celui-ci est de 65 dB(A). Quel est le niveau de bruit à l’extérieur, à 12 m de la paroi ?

Modèles de calcul

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- Bruit de spectre LW connu (ventilateur + atténuation le long du conduit),

- Quel est le niveau Lp produit à une distance d ?

Bruit d’un conduit de ventilation débouchant en paroi, à l’extérieur

Modèles de calcul

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Calcul du niveau Lp à la distance d par bandes d’octave, à partir du LW du débouché :

Correction à ajouter au niveau Lp en fonction de la section du débouché et de l’angle :

Correction C à ajouter si présence d’une façade à proximité du point de réception : + 3 dB(A)


Modèles de calcul

22

2lg104

lg10r

Lr

QLL WWp ππ+=+=

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Exemple :

S = 1 m²


Modèles de calcul

68.55052565861626360LW

Global(dB)

8000 (dB)

4000 (dB)

2000 (dB)

1000 (dB)

500 (dB)

250 (dB)

125 (dB)

63 (dB)

f (Hz) :

29

-3

32

31

-4

35

32

-4

36

32

-5

37

27

-3

30

38.5212329Lp

-3-3-5DL242634Lp

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- Bruit de spectre Lp1 connu dans un local, orifice de ventilation dans la paroi,

- Quel est le niveau Lp2 produit à une distance d ?

Bruit d’un orifice en paroi d’un local technique à l’extérieur

Modèles de calcul

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Calcul du niveau Lp2 à la distance d par bandes d’octave, à partir du Lp1 du débouché :

Correction à ajouter au niveau Lp en fonction de la section du débouché et de l’angle :

Correction C1 à ajouter en fonction de l’aire de l’ouverture :

Correction C2 à ajouter si présence d’une façade à proximité du point de réception : + 3 dB(A)

Modèles de calcul

24lg106lg10

12 rQSLL pp π

+−+=


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Exemple :

Modèles de calcul

68.55052565861626360Lp1

Global(dB)

8000 (dB)

4000 (dB)

2000 (dB)

1000 (dB)

500 (dB)

250 (dB)

125 (dB)

63 (dB)

f (Hz) :

23

-3

26

25

-4

29

26

-4

30

26

-5

31

21

-3

24

32.5151723Lp

-3-3-5DL182028Lp


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Bibliographie du paragraphe – compléments d’informations

• ACOUSTIQUE DU BÂTIMENT ET LUTTE CONTRE LE BRUIT - J.J. Embrechts – Université de Liège, Faculté des Sciences Appliquées – 2001.

• ACOUSTIQUE URBAINE – J.G. Migneron – Les Presses de l’Université, Québec – 1980.

• ACOUSTIQUE & VIBRATIONS – Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques, Saint-Remy-les-Chevreuse – 2003.

• BOUWAKOESTIEK – E. Gerretsen – Hogere Cursus Akoestiek, Antwerpen – 2001.

• BRUIT DE L’ENVIRONNEMENT – Brüel & Kjaer – Danemark – 2001.

• INITIATION A L’ACOUSTIQUE – A. Fischetti – BELIN, Paris – 2003.

• NORME INTERNATIONALE SERIE ISO 9613 Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors.

• LA PRATIQUE DE L’ISOLATION ACOUSTIQUE DES BÂTIMENTS – J. Pujolle – Editions du Moniteur, Paris – 1978.

Propagation du bruit dans l’environnement

090120 cours environnement - chap04 - propagation du bruit

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