acoustique urbaine

Question 1

Définit l’acoustique.

Answer 1

C’est la branche de la physique qui étudie les sons et traite toute vibration mécanique se propageant dans un milieu, on distingue parmi ses subdivisions:
*l’acoustique architecturale.

Question 2

Décrit l’acoustique architecturale ou l’acoustique des bats.

Answer 2

Elle traite les problème de protection contre les bruits et les vibrations, ainsi que les conditions optimales d’émission et de réception des ondes sonores, dans un local.

Question 3

Décrit l’évolution de l’acoustique architecturale.

Answer 3

*Les théâtres de la période grecque permettent une réduction minimum de son,
*Les théâtres de la période romaine, utilisent le principe des vases acoustiques,
*Les églises de la période chrétienne dépendent de la géométrie de l’espace (parois courbées et lisses, voutes en plein ceintre,…),
*Les mosquées de la période musulmane, qui introduisent des ouvertures dans le dôme pour absorber le son, et utilisent le principe de piéger le son par les contreforts décorés,
*Début de l’acoustique architecturale avec Wallace Clément Sabine (1868-1919),
*Amélioration de l’acoustique d’une salle de conférence à Harvard.

Question 4

Comment peut on étudier l’acoustqiue?

Answer 4

Selon l’approche:
Ondulatoire,
Géométrique,
Statistique.
Selon la propagation:
Espace clos (acoustique des salles): études des fromes, matériaux, moyens de réduction de bruit, transmission des salles, contrôle des vibrations mécaniques,
Champ libre: contrôle de bruit, planification des villes.

Question 5

Définit le son.

Answer 5

C’est une onde générée par la vibration mécanique d’un corps fluide ou solide, qui se propage en créant des perturbations locales de la pression. Il désigne la sensation auditive à laquelle cette vibration est susceptible de donner naissance.

Question 6

Définit l’onde.

Answer 6

C’est un phénomène physique dans lequel une perturbation locale appliquée à un système initialement à l’équilibre se déplace dans l’espace sans transport de matière. On distingue selon:
*son mode de propagation:
L’onde mécanique: ondes sonores, ultra sonores,…,
L’onde électromagnétique: ondes radios, lumineuses, rayons X,… .
*sa direction de perturbation:
L’onde transversale: oscillation perpendiculaire à la propagation,
L’onde longitudinale: oscillation parallèle à la propagation.

Question 7

Définit le bruit.

Answer 7

C’est un phénomène acoustique produisant une sensation auditive désagréable.

Question 8

Le son est une onde mécanique longitudinale. Quelles sont les trois phases qui naissent le son?

Answer 8

*L’émission: le son produit par une vibration d’un objet appelé objet source, son émission se fait par une oscillation de chaque petit volume d’air autour de sa position d’équilibre,
*La propagation: le son se propage dans l’air (expérience de la cloche vide),
Une onde est une perturbation ponctuelle d’un milieu,
Elle se propage de proche en proche (effet domino),
Sans transport global de matière (transfert d’énergie),
*La réception: l’onde qui arrive au récepteur vas faire vibrer une membrane qui se traduit en signal.

Question 9

Quelles sont les caractéristiques d’une onde acoustique?

Answer 9

*La pulsation = la distance angulaire parcourue par l’onde prenant une période, notée w, exprimée en rad/s et donnée par la relation:
w=2π /T .
*La période = le temps nécessaire pour effectuer une vibration (oscillation), elle s’exprime en seconde.
*L’amplitude: l’onde sonore oscille entre deux valeurs max +A , -A,
*La longueur d’onde = la distance parcourue par l’onde sonore durant une période, notée λ et exprimée en mètre,
*Le nombre d’onde = le rapport entre la pulsation w et la célérité c, notée k et exprimé en rad/m:
k=w/c=2π/λ.
*La fréquence = le nombre de vibration pendant une seconde, notée f et exprimée en Hz: f=1/T,
f=w/2π,
*La célérité = vitesse de propagation de l’onde sonore dans un milieu, notée c et exprimée en m/s:
c=λ/T=fλ,
Elle dépend de la température du milieu, dans l’air elle est donnée par l’expression: c=20√T, (T en K).

Question 10

Quelles sont les caractéristiques du son?

Answer 10

*La célérité: la vitesse du son dépend du milieu dans lequel l’onde se propage,
*La fréquence: nombre de vibration pendant une seconde, la hauteur représente la fréquence, la plage d’audibilité de l’oreille humaine permet la perception des sons dont 20<f<20 000 Hz.

Question 11

Quels sont les types de son?

Answer 11

*Pur: il est associé à un signal périodique de f correspondant à une courbe sinusoïdale: vibration d’une corde de guitare,
*Composé (complexe, bruit): il est associé à un signal périodique non sinusoïdal: la parole, la musique, le bruit,… .

Question 12

Décrit les sons complexes.

Answer 12

Les sons complexes sont composés d’un nombre de sons purs, dont une fréquence fondamentale représentée par une courbe sinusoïdale, et des:
*harmoniques,
*bandes d’octave (double de la fréquence).

Question 13

Décrit les bandes d’octaves crées par les fréquences particulières.

Answer 13

“10log f = n° bande”:
10 f particulières:
31.5, 63, 125, 250,…, 16000,
=>10log 31.5 = 15,
=>10log 63 = 18,…
Dans les bondes d’octaves, le log des fréquence est espacé d’une mm distance (dans ce cas = 3: bandes de tiers d’octave), et la largeur des bandes située au dessus de chaque n° est doublé à chaque fois.

Question 14

Pourquoi utiliser les bandes d’octave?

Answer 14

*Permet une sélection logique de certaines f parmi une large gamme,
*Le log des f centrales de bandes d’octaves sont séparés par la mm distance,
*Les f centrales des bandes d’octave sont des f de base pour toute mesures en acoustique de bat.

Question 15

Décrit les domaines de fréquence.

Answer 15

infrasons, basse f, moyenne f, haute f, ultrasons,
*basse f => sons graves => 20-250,
*moyenne f => sons médiums => 250-2000,
*haute f => sons aigus => 2000-16000.

Question 16

Décrit les domaines audibles.

Answer 16

*instruments de musique: 31.5-16000,
*voix féminines: 250-8000,
*voix masculines: 125-4000,
*domaine audible des personnes âgées: 31.5-4000,
*domaine audible des personnes jeunes: 31.5-16000.

Question 17

Décrit la pression acoustique.

Answer 17

Un milieu est caractérisé par sa pression ambiante. Dans le cas de l’air on a P atm=10^5Pa. Lors du passage de l’onde sonore, il y a modification de la pression locale (surpression ou dépression), la pression totale sera donc:
P tot = P atm + surpression
=> surpression: pression acoustique: exprimée P ac, elle est définie comme la partie fluctuante de la pression totale autour d’une valeur moyenne constante P atm.
*L’oreille humaine est sensible à une pression allant de P0=20µPa à Pmax=20Pa (seuil de douleur).
Les variations locales de pression sont modélisés par une fonction sinusoïdale:
p(t)=pm.sin.wt
*On définit la pression ac efficace noté Peff par:
Peff= Pmax/√2.

Question 18

Décrit la puissance acoustique.

Answer 18

*Toute vibration est accompagnée d’énergie E. Lorsque cette vibration produit un son, cette E est propagée en mm temps que le son = énergie sonore.
*La puissance P ou W, représente l’E sonore traversant une surface par unité de temps. Elle est calculée en intégrant la pression ac sur une surface sphérique entourant la source sonore:
W = p² . s/ρc.
*puissance: W
*pression ac: p,
*surface du front d’onde qui se propage,
*masse volumique du milieu:ρ,
*célérité du son dans le milieu: c.

Question 19

Décrit l’intensité acoustique.

Answer 19

Elle représente la puissance ac ramenée à une unité de surface, notée I, donnée par:
I= W/S = p²/ρc
La surface sur laquelle la puissance ac se répartit augmente lorsqu’on s’éloigne de la source de sorte qu’il y a toujours affaiblissement de l’I sonore (W restant identique puisqu’elle caractérise la source).
*Les limites de l’audition humaine:
- I < 10^-12 W.m², le son est trop faible pour être audible,
- I > 10^-12 W.m², le son provoque une douleur dans l’oreille,
- I = 10^-12 W.m², correspond au seuil d’audibilité.

Question 20

Décrit les niveaux ac.

Answer 20

Comme la gamme de pressions audibles est très large (de 1 à 1m), et pour simplifier les valeurs, on définit une nouvelle grandeur: niveau sonore, qui correspond à la sensation de l’oreille. Au tour de 1000Hz, la sensation sonore est proportionnelle au log de I (loi de Weber Fechner).
*Le niveau d’intensité:
Li = 10 log I/I0
I0 : W0 = 10^-12 = intensité min perceptible par l’oreille humaine.
*Le niveau de pression:
Lp=10log p²/p0²=20log p/p0
p0: pression acoustique de réf p0 = 2.10^-5 Pa, elle correspond à la pression min perceptible par l’oreille.
*Le niveau de puissance:
Lw = 10log W/W0
W0: puissance ac de réf W0=10^-12W.

Question 21

Cite les particularités des niveaux acoustiques.

Answer 21

*Le sonomètre est l’appareil qui mesure les niveaux ac,
*Le niveau ac s’exprime en dB, c’est une unité relative, il exprime en relation logarithmique, un rapport entre deux grandeurs sonores: une grandeur mesurée et une autre de réf,
*Lorsque le son se propage dans l’air Li = Lp.

Question 22

Comment manipuler les niveaux?

Answer 22

Les niveaux sont ajoutés en terme d’E. Une pression au carré est proportionnelle à une E. Soient deux sources:
1) L1, I1,
2) L2, I2,
=>comment avoir le Ltot?
*Méthode analytique:
-Passage du Li au I:
Lp=10logp²/p0² <=> p=p010^Lp/20,
Li=10logI/I0 <=> I=I010^Li/10,
Lw=10logW/W0 <=> W=W010^Lw/10.
1.Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux ac différents:
L(Itot)=10logΣ10^LIi/10=10logΣ10^Lpi/10=Lptot.
2. Dans le cas de deux niveau égaux Lp1=Lp2:
Lptot= 3dB + Lp1.
3. Dans le cas de plusieurs sources de mm niveau ac:
ΔL=10 log n
*Méthode graphique:
1.Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux ac différents:
-on considère les source deux par deux,
-on calcule la différence de niveau L2-L1,
-on lit sur l’abaque le niveau à ajouter à celui de la source la plus élevée,
-on obtient le niveau sonore total.

Question 23

Décrit la sensibilité de l’oreille.

Answer 23

L’oreille transforme les pressions ac en sensation auditives mais ne perçoit pas de la mm manière toutes les f, afin de mieux comprendre cela, on étudie le diagramme de Fletcher et Munson, qui représente les courbes d’égale sensation sonore d’une oreille humaine normale en fonction de la f, elles sont dites isosoniques. Chaque courbe isosonique indique la pression acoustique mesurée, selon la fréquence, pour un bruit perçu comme étant de même niveau sonore.
*La zone d’audition normale est comprise entre la limite de la douleur (120dB) et le seuil d’audition (0dB à 1000Hz),
*Limite entre 30 Hz pour les f basses, et vers 10 000 Hz pour les f hautes,
*Sensibilité est max entre 1000 et 5000Hz,
*Les limites évoluent d’un sujet à l’autre et pour un mm individu en fonction de l’âge, des maladies/accidents,… .
La mm sensation pour les sons:
-1000Hz à 40dB,
-100Hz à 60dB,
-8000Hz à 50dB,
=> les 3 sons ont un mm niveau d’isosonie de 40 phones (un phone = un dB à 1000Hz).

Question 24

Décrit la pondération A.

Answer 24

La pondération ‘A’ est la pondération standard des fréquences audibles ; elle a été conçue pour se rapprocher de la réaction de l’oreille humaine au bruit. Elle permet d’évaluer la sensation de bruit dont les niveaux physiques dont < 55dB:
Lp (A) = 10logΣ 10^(Lpi+pondération)/10.

Question 25

Décrit la propagation en champ libre.

Answer 25

Le champ est libre lorsqu’il n’existe aucun obstacle entre la source acoustique et le point d’écoute, ni aucune surface à prox capable de réfléchir l’onde sonore.
On distingue:
1) Source ponctuelle:
*Si la source est petite comparée à la distance qui la sépare du récepteur, elle est assimilable à un point (ventilos, cheminées d’évacuation,…),
*L’énergie ac se propage alors de manière omnidirectionnelle et le Lp ac mesuré est le mm en tous points situés à une mm distance de la source. Les fronts d’ondes sont donc des sphères.
*Lp d’une source ponctuelle de puissance Lw peut à toute distance r (m) de cette source, être calculée au moyen de la formule: Lp=Lw-10log4πr².
*Lp ac diminue de 6 dB par doublement de distance (sans atténuation due à l’absorption par l’air et par le sol).
2)Source linéaire:
*Si la source est allongée dans une direction, elle est assimilable à une ligne (tuyau, ensemble de sources ponctuelles mobiles,…),
*L’énergie ac se propage alors de manière cylindrique (front d’onde cylindrique ayany pour axe la source) et le Lp ac mesuré est le mm en tous points situés à une mm distance de la ligne.
*Lp d’une source linéaire de puissance Lw peut à toute distance r (m) de cette source, être calculée au moyen de la formule: Lp=Lw-10logπr.
*Lp ac diminue de 3 dB par doublement de distance (sans atténuation due à l’absorption par l’air et par le sol).
*Une source linéaire peut être considérée comme une source ponctuelle selon ces dimensions/à la distance d’observation.

Question 26

Décrit la méthode du rapport des distances.

Answer 26

Soit La et L2 situés aux points M1 et M2 distants de r1 et r2 / une source. Connaissant un des L on peut déterminer le restant:
*source ponctuelle: Lp(r2) = Lp(r1) + 10log (r1²/r2²),
*source linéaire: Lp(r2) = Lp(r1) + 10log (r1/r2).

Question 27

Décrit les facteurs de directivité d’une source ponctuelle.

Answer 27

*Si la source est contrainte par un obstacle (plan, angle,…), l’onde qui est réfléchie n’est plus sphérique. On doit corriger la P ou l’I par un facteur de directivité Q.
*La formule de propagation en champ libre s’écrit donc: Lp=Lw + 10log Q/4πd²:
-Q=1: omnidirectionnelle,
-Q=2: omni posée sur un sol,
-Q=4: omni dans un angle dièdre,
-Q=8: omni dans un angle trièdre.
Cette formule n’est pas valable pour une distance > 150m, car on ne peut plus négliger: le revêtement de sol, l’humidité de l’air (L augmente avec l’humidité), la température (L augmente avec la température), le vent (modification selon la direction du vent).

Question 28

Quelle est la différence entre un son et un bruit?

Answer 28

La notion de son couvre toute variation de pression qui peut être détectée par l’oreille humaine, par contre le bruit est défini comme un son indésirable. C’est l’ensemble de sons vécus come gênants et potentiellement nuisibles à la santé. La gêne dépend des caractéristiques du bruit, de la situation de la personne qui le perçoit, et du type d’activités réalisées.

Question 29

Qu’est ce qu’un bruit environemental?

Answer 29

Il fait réf à tout bruit peu importe sa source, en excluant ceux des milieux de travail, il inclut donc les bruits de circulation routière, transport ferroviaire et aérien, des industries, de la cst et des travaux publiques, ainsi que le bruit de voisinage (int et ext) et d’activités culturelles ou de loisirs (terrains de jeux, spectacles,…).

Question 30

Comment se propage un bruit dans l’erm?

Answer 30

Plusieurs facteurs affectent la propagation du bruit, essentiellement:
*le type de source (p ou l),
*éloignement / source,
*absorption atmosphérique,
*vitesse et direction du vent,
*température et gradient de t,
*écrans acoustiques ou bats,
*réflexions acoustiques,
*humidité relative,
*précipitations.

Question 31

Définit le phénomène d’atténuation avec la distance (divergence géométrique).

Answer 31

La forme de la surface d’onde émise dépend du type de source. Pour une source ponctuelle omnidirectionnelle, l’onde émise est de nature sphérique, qui grandit de plus en plus qu’elle s’éloigne de la source, et l’amplitude de l’onde donc diminue, on appel cela la divergence géométrique.

Question 32

Décrit la divergence géométrique par doublement de distance pour une source.

Answer 32

*ponctuelle: provoque une atténuation de 6 dB,
*linéaire: décroissance de 3 dB.

Question 33

Décrit l’atténuation atmosphérique.

Answer 33

En vibrant sous l’action de l’onde, les molécules d’air subissent des frottements entre elles produisant de la chaleur, qui est à déduire de l’E ac émise par la source. L’atténuation du niveau sonore résultante = atténuation du son direct par dissipation atmosphérique.

Question 34

Décrit l’atténuation due aux écrans.

Answer 34

Lorsque l’on interpose un obstacle entre une source de bruit et nos oreilles, l’E se diffracte sur les bords de l’obstacle pour se propager derrière celui-ci = la diffraction.

Question 34

L’atténuation du bruit dans l’air dépend de plusieurs facteurs, cite les.

Answer 34

*variation du phénomène de dissipation selon la f: l’absorption atmosphérique a peu d’effet sur les bruits riches en basses f ,
*variation du phénomène de dissipation selon l’humidité: excepté pour des atmosphères très sèches et de basses temp, l’atténuation diminue si l’humidité augmente (le temps propage plus loin par temps humide que par temps sec),
*variation du phénomène de dissipation selon le vent: la vitesse du vent augmente avec l’altitude, rabattant le trajet de la propagation du son vers le sol:
-création d’une zone favorable de propagation du coté vent portant la source,
-création d’une zone défavorable de propagation du coté de la source contre le vent (influence négligeable sur des distances <50m mais importante au delà, mesure coté vent portant: diff de quelques dB, contre le vent: allant à plus de 20dB),
*variation du phénomène de dissipation selon la température:
-Journée ensoleillée: T° diminue avec l’altitude: zone défavorable à la propagation (le son monte),
-Nuit claire: T° augmente avec l’altitude: le bruit est rabattu vers le sol.

Question 35

Comment peut on déterminer l’efficacité des écrans?

Answer 35

Etude expérimentale (Z.Maekawa, 1968), établissement d’un abaque:
*déterminer le nombre de Frensel N: N= 2σ/λ
σ: différence entre le parcours d’onde ac sans écrans et avec écrans (σ=a+b-d),
λ: longueur d’onde en m.

Question 36

écrit l’effet du sol.

Answer 36

Le son réfléchi par la surface du sol interfère avec le son propagé directement de la source au récepteur.
Cet effet varie avec:
*l’état du sol (réfléchissant, absorbant, mixte, présence de neige ou pluie,),
*la fréquence du son: bruit en un point récepteur en champ libre = bruit allant directement de la source au récepteur + bruit arrivant au récepteur après réflexion sur le sol.

Question 37

Donne le classement des zones de bruit.

Answer 37

Zone rouge: LI > 80dB: aucune intervention,
Zone orange: LI < 80dB: protection,
Zone verte: LI < 60dB: calme.

Question 38

Quels sont les effets du bruits?

Answer 38

*Effets sur la santé physique: perturbation du sommeil, maladies cardiovasculaires,
*Effets sur la santé psychosociale: apprentissage et performance scolaire, acceptation sociale limitée, nuisance/dérangement,
*Effets économiques: valeurs foncières moindres dans les secteurs affectés.

Question 39

Quelles sont les différentes règlementations algériennes concernant le bruit?

Answer 39

*Décret exécutif n°91-175 du 28 mai 1991:
-Art 04: le permis de cst peut être refusé ou non accordé si la cst est susceptible à être exposée à des nuisances sonores,
*Décret exécutif n°93-184 du 27 juillet 1993:
-Art 02: les L sonores dans les zones d’habitation en période diurne = 70 dB, et en période nocturne = 45dB,
-Art 03: les L max au voisinage des établissements hospitaliers et d’enseignement et dans les aires de repos = 45 dB en période diurne, et 40dB en période nocturne,
-Art 07: les infras sont construites, réalisées et exploitées en tenant compte des bruits aériens émis par leur activités,
-Art 08: les csts à usage d’habitation ou professionnel sont conçues et réalisées en tenant compte de la qualité acoustique des murs et planchers.

Question 40

Comment peut on réduire le bruit?

Answer 40

En milieu urbain, le bruit le plus fréquent est celui des automobiles:
-30-40 km/h: bruit du moteur,
->50 km/h: bruit du contact pneu/chaussée,
-d’autres sources: crissement de freins, portières, bruit aérodynamiques,…,
*Les actions à entreprendre:
1.Actions sur la vitesse:
Baisser les limites de vitesses source (réduire la vitesse de 1 km/h = réduire le bruit par 1-4dB pour véhicules légers et 1-3dB pour véhicules lourds),
Implanter des carrefours giratoires (réduire le bruit par 1-4dB),
2.Actions sur le volume du trafic routier:
Diminuer le volume de circulation sur des voies ciblées (réduction de 20% de volume = réduction de 1dB, et de 50% du volume = 3dB),
Favorise le transport collectif (diminuer le nombre de véhicules par 50% = déminuer le bruit par 3dBA),
3.Actions sur la composition du parc roulant et le type de véhicules:
Restreindre la circulation des poids lourds (diminution de 7.2dB),
4.Réduire le bruit dans sa propagation: poser un obstacle entre la source de la nuisance et le récepteur,
5.Eloignement des nuisances,
6.Utiliser des écrans anti bruit: substrats végétaux, bois, métal, béton,…. son efficacité augmente lorsqu’il est proche de la source et l’entoure bien, et si il est absorbant et ne réfléchisse pas, il permet une atténuation de 5-10dB,
7.Actions sur les formes urbaines:
Aménager et articuler les bats et les espaces verts,
Agir sur la façade des immeubles pour les rendre étanches,
Organiser l’intérieur du logement,
8.Utiliser les espaces verts comme zones tampons: écran végétal d’une profondeur de >15m, diminue le bruit de 5dB, il vaut mieux qu’il soit: une étendue de plantation, dense de végétation, à proximité de la source,
9.Réduire le son à la réception:
Utiliser de zon tampon et optimiser l’aménagement des espaces int,
Utiliser l’e du bâti,
Utiliser le bâti.