Études de cas pratique

EGC

Analyse des Sources de Bruit

Analyse des Sources de Bruit en Acoustique

Comprendre l'Analyse des Sources de Bruit

L'analyse des sources de bruit est une discipline essentielle en acoustique environnementale et industrielle. Elle consiste à identifier les différentes sources sonores contribuant à l'ambiance acoustique d'un lieu, à quantifier leur émission sonore respective, et à évaluer leur impact global. Comprendre la contribution de chaque source permet de cibler efficacement les actions de réduction du bruit, que ce soit par un traitement à la source, sur le chemin de propagation, ou au niveau du récepteur. Cette analyse s'appuie sur des mesures de niveaux sonores et des calculs de composition des bruits.

Données de l'étude pour un atelier

Un atelier industriel comporte plusieurs machines. On souhaite évaluer le niveau sonore global à un poste de travail et l'impact de l'arrêt d'une machine.

Niveaux de pression acoustique mesurés au poste de travail (chaque machine fonctionnant seule) :

  • Machine 1 (\(L_{\text{P1}}\)) : \(85 \, \text{dB(A)}\)
  • Machine 2 (\(L_{\text{P2}}\)) : \(90 \, \text{dB(A)}\)
  • Machine 3 (\(L_{\text{P3}}\)) : \(82 \, \text{dB(A)}\)

Bruit de fond de l'atelier (mesuré lorsque toutes les machines ci-dessus sont à l'arrêt) :

  • Bruit de fond (\(L_{\text{Pbkg}}\)) : \(70 \, \text{dB(A)}\)

On supposera que les sources sonores sont incohérentes.

Schéma des Sources Sonores dans un Atelier
Sources de Bruit dans l'Atelier Poste Travail M1 (85dB) M2 (90dB) M3 (82dB) Bruit de fond: 70 dB(A)

Schéma illustrant les machines M1, M2, M3 et le poste de travail où les niveaux sonores sont évalués.

Questions à traiter

  1. Calculer le niveau sonore combiné (\(L_{\text{P,machines}}\)) résultant des trois machines (M1, M2, M3) fonctionnant simultanément, sans tenir compte du bruit de fond.
  2. Calculer le niveau sonore total dans l'atelier (\(L_{\text{P,total}}\)) lorsque les trois machines fonctionnent en même temps que le bruit de fond.
  3. Si la Machine 2 (la plus bruyante) est mise à l'arrêt, quel serait le nouveau niveau sonore total (\(L_{\text{P,total_sans_M2}}\)) avec uniquement les Machines 1 et 3 en fonctionnement, en présence du bruit de fond ?
  4. Calculer la réduction du niveau sonore (\(\Delta L\)) obtenue en arrêtant la Machine 2.

Correction : Analyse des Sources de Bruit

Question 1 : Niveau sonore combiné des machines (\(L_{\text{P,machines}}\))

Principe :

Pour additionner plusieurs niveaux sonores de sources incohérentes, on ne peut pas additionner directement les décibels. Il faut d'abord convertir chaque niveau sonore en une grandeur proportionnelle à l'intensité acoustique, sommer ces grandeurs, puis reconvertir la somme en décibels.

Formule(s) utilisée(s) pour \(n\) sources :
\[L_{\text{P,total}} = 10 \log_{10} \left( \sum_{i=1}^{n} 10^{\frac{L_{\text{Pi}}}{10}} \right)\]
Données et Calcul :
  • \(L_{\text{P1}} = 85 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{\text{P2}} = 90 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{\text{P3}} = 82 \, \text{dB(A)}\)
\[ \begin{aligned} L_{\text{P,machines}} &= 10 \log_{10} \left( 10^{\frac{85}{10}} + 10^{\frac{90}{10}} + 10^{\frac{82}{10}} \right) \\ &= 10 \log_{10} \left( 10^{8.5} + 10^{9.0} + 10^{8.2} \right) \\ &= 10 \log_{10} (316227766 + 1000000000 + 158489319) \\ &= 10 \log_{10} (1474717085) \\ &\approx 10 \times 9.1687 \\ &\approx 91.687 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Q1 : Le niveau sonore combiné des trois machines est \(L_{\text{P,machines}} \approx 91.7 \, \text{dB(A)}\).

Question 2 : Niveau sonore total dans l'atelier (\(L_{\text{P,total}}\))

Principe :

Pour obtenir le niveau sonore total, il faut maintenant combiner le niveau sonore des machines (calculé en Q1) avec le bruit de fond de l'atelier. La même formule d'addition logarithmique est utilisée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_{\text{P,total}} = 10 \log_{10} \left( 10^{\frac{L_{\text{P,machines}}}{10}} + 10^{\frac{L_{\text{Pbkg}}}{10}} \right)\]
Données et Calcul :
  • \(L_{\text{P,machines}} \approx 91.687 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{\text{Pbkg}} = 70 \, \text{dB(A)}\)
\[ \begin{aligned} L_{\text{P,total}} &= 10 \log_{10} \left( 10^{\frac{91.687}{10}} + 10^{\frac{70}{10}} \right) \\ &= 10 \log_{10} \left( 10^{9.1687} + 10^{7.0} \right) \\ &= 10 \log_{10} (1474717085 + 10000000) \\ &= 10 \log_{10} (1484717085) \\ &\approx 10 \times 9.1716 \\ &\approx 91.716 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]

On remarque que le bruit de fond (70 dB(A)), étant bien inférieur au bruit des machines (91.7 dB(A)), a une influence très faible sur le niveau total.

Résultat Q2 : Le niveau sonore total dans l'atelier est \(L_{\text{P,total}} \approx 91.7 \, \text{dB(A)}\).

Quiz Intermédiaire : Si une source de 80 dB(A) est ajoutée à un bruit de fond de 80 dB(A), le niveau total sera :

Question 3 : Niveau sonore total sans la Machine 2 (\(L_{\text{P,total_sans_M2}}\))

Principe :

Si la Machine 2 est arrêtée, le niveau sonore sera la combinaison des Machines 1, 3 et du bruit de fond.

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_{\text{P,total_sans_M2}} = 10 \log_{10} \left( 10^{\frac{L_{\text{P1}}}{10}} + 10^{\frac{L_{\text{P3}}}{10}} + 10^{\frac{L_{\text{Pbkg}}}{10}} \right)\]
Données et Calcul :
  • \(L_{\text{P1}} = 85 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{\text{P3}} = 82 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{\text{Pbkg}} = 70 \, \text{dB(A)}\)
\[ \begin{aligned} L_{\text{P,total_sans_M2}} &= 10 \log_{10} \left( 10^{\frac{85}{10}} + 10^{\frac{82}{10}} + 10^{\frac{70}{10}} \right) \\ &= 10 \log_{10} \left( 10^{8.5} + 10^{8.2} + 10^{7.0} \right) \\ &= 10 \log_{10} (316227766 + 158489319 + 10000000) \\ &= 10 \log_{10} (484717085) \\ &\approx 10 \times 8.6855 \\ &\approx 86.855 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Q3 : Le niveau sonore total sans la Machine 2 (avec M1, M3 et bruit de fond) est \(L_{\text{P,total_sans_M2}} \approx 86.9 \, \text{dB(A)}\).

Question 4 : Réduction du niveau sonore (\(\Delta L\))

Principe :

La réduction du niveau sonore est la différence entre le niveau sonore total avec toutes les sources et le niveau sonore total après l'arrêt de la Machine 2.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Delta L = L_{\text{P,total}} - L_{\text{P,total_sans_M2}}\]
Données et Calcul :
  • \(L_{\text{P,total}} \approx 91.716 \, \text{dB(A)}\) (de Q2)
  • \(L_{\text{P,total_sans_M2}} \approx 86.855 \, \text{dB(A)}\) (de Q3)
\[ \begin{aligned} \Delta L &= 91.716 - 86.855 \\ &= 4.861 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Q4 : La réduction du niveau sonore obtenue en arrêtant la Machine 2 est \(\Delta L \approx 4.9 \, \text{dB(A)}\).

Quiz Intermédiaire : Pour obtenir une réduction perceptible du bruit, il faut généralement une diminution d'au moins :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances

1. Si une machine produit 70 dB(A) et une seconde machine identique est ajoutée, le niveau sonore total sera d'environ :

2. Le "bruit de fond" dans un environnement est :

3. Pour réduire significativement le niveau sonore global d'un environnement avec plusieurs sources, il est généralement plus efficace de traiter :

Glossaire

Niveau de Pression Acoustique (\(L_P\))
Mesure logarithmique de la pression acoustique par rapport à une pression de référence (généralement \(20 \, \mu\text{Pa}\)), exprimée en décibels (dB).
Décibel (dB)
Unité utilisée pour exprimer le rapport entre deux valeurs d'une grandeur physique, souvent une puissance ou une intensité. C'est une échelle logarithmique en base 10.
dB(A)
Niveau sonore mesuré avec une pondération fréquentielle "A", qui simule la courbe de sensibilité de l'oreille humaine aux différentes fréquences, donnant plus de poids aux fréquences auxquelles l'oreille est la plus sensible.
Sources Sonores Incohérentes
Sources sonores dont les signaux ne présentent pas de relation de phase fixe entre eux. Pour de telles sources, les intensités acoustiques (ou les puissances) s'additionnent, et non les pressions acoustiques.
Bruit de Fond (Bruit Résiduel)
Ensemble des bruits présents dans un environnement en l'absence de la ou des sources sonores spécifiques que l'on étudie. Il est important de le considérer car il peut influencer la perception et la mesure du bruit total.
Addition de Niveaux Sonores
Processus de calcul du niveau sonore résultant de la combinaison de plusieurs sources sonores. En raison de l'échelle logarithmique des décibels, cette addition n'est pas arithmétique.
Réduction du Bruit
Ensemble des techniques visant à diminuer les niveaux sonores, soit à la source, soit sur le chemin de propagation, soit au niveau du récepteur.
Analyse des Sources de Bruit - Exercice d'Application en Acoustique

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