Études de cas pratique

EGC

Réduction du Bruit acoustique

Réduction du Bruit Acoustique

Comprendre la Réduction du Bruit

La réduction du bruit vise à diminuer les niveaux sonores indésirables pour protéger l'audition, améliorer le confort ou respecter la réglementation. Plusieurs stratégies peuvent être employées : agir à la source (machines moins bruyantes), sur le chemin de propagation (écrans, encoffrements, isolation des parois) ou au niveau du récepteur (protecteurs auditifs). L'efficacité d'une solution de réduction du bruit est souvent exprimée en termes de Perte d'Insertion (IL - Insertion Loss) ou de Réduction de Bruit (NR - Noise Reduction), mesurée en décibels.

Données de l'étude

Une machine bruyante génère un niveau de puissance acoustique \(L_W = 108 \, \text{dB(A)}\). Un opérateur travaille à une distance \(r = 2.5 \, \text{m}\) de cette machine, considérée comme une source ponctuelle sur un sol réfléchissant (facteur de directivité \(Q=2\)).

On envisage d'installer un encoffrement acoustique partiel autour de la machine.

  • L'indice d'affaiblissement acoustique moyen des panneaux de l'encoffrement est \(R_{panneaux} = 22 \, \text{dB(A)}\).
  • La surface totale des panneaux de l'encoffrement est \(S_{panneaux} = 6 \, \text{m}^2\).
  • L'encoffrement présente une ouverture nécessaire pour l'accès et la ventilation, de surface \(S_{ouverture} = 0.4 \, \text{m}^2\). On considère que le son passe librement par cette ouverture (coefficient de transmission \(\tau_{ouverture} = 1\)).

L'objectif est de réduire le niveau sonore au poste de l'opérateur à \(L_{p,objectif} \leq 75 \, \text{dB(A)}\).

Schéma : Machine, Encoffrement Partiel et Opérateur
Machine \(L_W\) Encoffrement Ouverture O Opérateur
\(r=2.5\,\text{m}\)
Réduction du Bruit par Encoffrement

Illustration d'une machine, de son encoffrement partiel et de l'opérateur.

Questions à traiter

  1. Calculer le niveau de pression acoustique initial (\(L_{p,init}\)) au poste de l'opérateur (à \(2.5 \, \text{m}\)) avant l'installation de l'encoffrement. (Utiliser \(L_p = L_W - 20 \log_{10}(r) - 8\) pour Q=2).
  2. Déterminer la réduction de bruit globale nécessaire (NR) pour atteindre le niveau sonore objectif de \(75 \, \text{dB(A)}\).
  3. Calculer le coefficient de transmission acoustique (\(\tau_{panneaux}\)) des panneaux de l'encoffrement.
  4. Calculer l'indice d'affaiblissement acoustique global (\(R_{global}\)) de l'encoffrement partiel, en tenant compte des panneaux et de l'ouverture. (Surface totale de l'encoffrement \(S_{enc,tot} = S_{panneaux} + S_{ouverture}\)).
  5. Estimer le niveau de pression acoustique final (\(L_{p,final}\)) au poste de l'opérateur avec l'encoffrement, en supposant que la réduction de bruit apportée par l'encoffrement est égale à son \(R_{global}\).
  6. L'encoffrement est-il suffisant pour atteindre l'objectif ? Si non, quelle surface d'ouverture maximale serait admissible pour atteindre l'objectif, en supposant que les panneaux restent les mêmes ? (Cela nécessiterait de recalculer \(R_{global}\) pour qu'il soit égal au NR requis, puis de trouver \(S_{ouverture}\)).

Correction : Réduction du Bruit Acoustique

Question 1 : Niveau de Pression Acoustique Initial (\(L_{p,init}\))

Principe :

Calcul du niveau de pression sonore à une distance \(r\) d'une source ponctuelle de puissance \(L_W\) sur un sol réfléchissant (Q=2).

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_p = L_W - 20 \log_{10}(r) - 8\]
Données spécifiques :
  • \(L_W = 108 \, \text{dB(A)}\)
  • \(r = 2.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} L_{p,init} &= 108 - 20 \log_{10}(2.5) - 8 \\ &\approx 108 - 20 \cdot (0.3979) - 8 \\ &\approx 108 - 7.958 - 8 \\ &\approx 92.042 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]

Arrondi à \(92.0 \, \text{dB(A)}\).

Résultat Question 1 : Le niveau de pression acoustique initial au poste de l'opérateur est \(L_{p,init} \approx 92.0 \, \text{dB(A)}\).

Question 2 : Réduction de Bruit Nécessaire (NR)

Principe :

La réduction de bruit nécessaire est la différence entre le niveau initial et le niveau objectif.

Formule(s) utilisée(s) :
\[NR = L_{p,init} - L_{p,objectif}\]
Données spécifiques :
  • \(L_{p,init} \approx 92.0 \, \text{dB(A)}\)
  • \(L_{p,objectif} = 75 \, \text{dB(A)}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} NR &\approx 92.0 \, \text{dB(A)} - 75 \, \text{dB(A)} \\ &= 17.0 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La réduction de bruit nécessaire est \(NR = 17.0 \, \text{dB(A)}\).

Question 3 : Coefficient de Transmission des Panneaux (\(\tau_{panneaux}\))

Principe :

Le coefficient de transmission \(\tau\) est lié à l'indice d'affaiblissement \(R\) par \(\tau = 10^{-R/10}\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[\tau_{panneaux} = 10^{-R_{panneaux}/10}\]
Données spécifiques :
  • \(R_{panneaux} = 22 \, \text{dB(A)}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \tau_{panneaux} &= 10^{-22/10} \\ &= 10^{-2.2} \\ &\approx 0.006309 \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le coefficient de transmission des panneaux est \(\tau_{panneaux} \approx 0.00631\).

Question 4 : Indice d'Affaiblissement Global de l'Encoffrement (\(R_{global}\))

Principe :

Pour une paroi composite (panneaux + ouverture), l'indice global dépend des coefficients de transmission et des surfaces respectives.

Formule(s) utilisée(s) :
\[S_{enc,tot} = S_{panneaux} + S_{ouverture}\] \[\tau_{moyen} = \frac{S_{panneaux} \cdot \tau_{panneaux} + S_{ouverture} \cdot \tau_{ouverture}}{S_{enc,tot}}\] \[R_{global} = -10 \cdot \log_{10}(\tau_{moyen})\]
Données spécifiques :
  • \(S_{panneaux} = 6 \, \text{m}^2\), \(\tau_{panneaux} \approx 0.00631\)
  • \(S_{ouverture} = 0.4 \, \text{m}^2\), \(\tau_{ouverture} = 1\)
Calcul :
\[S_{enc,tot} = 6 \, \text{m}^2 + 0.4 \, \text{m}^2 = 6.4 \, \text{m}^2\]
\[ \begin{aligned} \tau_{moyen} &= \frac{(6 \cdot 0.00631) + (0.4 \cdot 1)}{6.4} \\ &= \frac{0.03786 + 0.4}{6.4} \\ &= \frac{0.43786}{6.4} \\ &\approx 0.0684156 \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} R_{global} &= -10 \cdot \log_{10} (0.0684156) \\ &\approx -10 \cdot (-1.1648) \\ &\approx 11.648 \, \text{dB} \end{aligned} \]

Arrondi à \(11.6 \, \text{dB}\).

Résultat Question 4 : L'indice d'affaiblissement acoustique global de l'encoffrement est \(R_{global} \approx 11.6 \, \text{dB}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si l'ouverture était complètement bouchée (\(S_{ouverture}=0\)), \(R_{global}\) serait :

Question 5 : Niveau Sonore Final (\(L_{p,final}\)) avec Encoffrement

Principe :

Le niveau final est le niveau initial moins la réduction de bruit apportée par l'encoffrement (son \(R_{global}\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[L_{p,final} = L_{p,init} - R_{global}\]
Données spécifiques :
  • \(L_{p,init} \approx 92.0 \, \text{dB(A)}\)
  • \(R_{global} \approx 11.6 \, \text{dB}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} L_{p,final} &\approx 92.0 \, \text{dB(A)} - 11.6 \, \text{dB} \\ &= 80.4 \, \text{dB(A)} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le niveau sonore final estimé au poste de l'opérateur est \(L_{p,final} \approx 80.4 \, \text{dB(A)}\).

Question 6 : Suffisance de l'Encoffrement et Amélioration

Analyse :

Le niveau final calculé (\(80.4 \, \text{dB(A)}\)) est supérieur à l'objectif de \(75 \, \text{dB(A)}\). L'encoffrement n'est donc pas suffisant.

Pour atteindre l'objectif, il faut que \(R_{global,requis} = NR = 17.0 \, \text{dB}\).

On cherche \(S'_{ouverture}\) telle que :

\[17.0 = -10 \cdot \log_{10} \left( \frac{S_{panneaux} \cdot \tau_{panneaux} + S'_{ouverture} \cdot 1}{S_{panneaux} + S'_{ouverture}} \right)\] \[10^{-17.0/10} = \frac{6 \cdot 0.00631 + S'_{ouverture}}{6 + S'_{ouverture}}\] \[0.01995 \approx \frac{0.03786 + S'_{ouverture}}{6 + S'_{ouverture}}\] \[0.01995 \cdot (6 + S'_{ouverture}) \approx 0.03786 + S'_{ouverture}\] \[0.1197 + 0.01995 S'_{ouverture} \approx 0.03786 + S'_{ouverture}\] \[0.1197 - 0.03786 \approx S'_{ouverture} - 0.01995 S'_{ouverture}\] \[0.08184 \approx 0.98005 S'_{ouverture}\] \[S'_{ouverture} \approx \frac{0.08184}{0.98005} \approx 0.0835 \, \text{m}^2\]
Résultat Question 6 : L'encoffrement actuel n'est pas suffisant. Pour atteindre l'objectif avec les mêmes panneaux, la surface d'ouverture maximale admissible serait d'environ \(0.0835 \, \text{m}^2\). Cela signifie qu'il faudrait réduire considérablement la taille de l'ouverture actuelle (\(0.4 \, \text{m}^2\)) ou utiliser des silencieux pour l'ouverture.

Quiz Intermédiaire 2 : Si l'objectif de niveau sonore était de \(85 \, \text{dB(A)}\) au lieu de \(75 \, \text{dB(A)}\), l'encoffrement actuel serait-il suffisant ? (\(L_{p,final} \approx 80.4 \, \text{dB(A)}\))

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

7. L'indice d'affaiblissement acoustique \(R\) d'un panneau mesure sa capacité à :

8. Une ouverture dans un encoffrement acoustique :

9. La Perte d'Insertion (IL) d'un écran ou encoffrement est :

Glossaire

Réduction du Bruit (NR - Noise Reduction)
Différence, en décibels, entre les niveaux de pression acoustique mesurés en deux points distincts ou dans deux conditions distinctes (par exemple, avant et après traitement).
Perte d'Insertion (IL - Insertion Loss)
Différence, en décibels, entre les niveaux de pression acoustique en un point donné avant et après l'introduction d'un élément réducteur de bruit (comme un silencieux, un écran ou un encoffrement) entre la source et le point de mesure.
Indice d'Affaiblissement Acoustique (\(R\))
Mesure en décibels de la réduction du son transmise à travers une paroi. \(R = 10 \log_{10}(1/\tau)\).
Coefficient de Transmission Acoustique (\(\tau\))
Fraction de l'énergie sonore incidente qui est transmise à travers une paroi.
Encoffrement Acoustique
Structure fermée ou partiellement fermée construite autour d'une source de bruit pour réduire le son rayonné à l'extérieur.
Niveau de Puissance Acoustique (\(L_W\))
Quantité totale d'énergie sonore émise par une source par unité de temps, exprimée en décibels (dB).
Réduction du Bruit Acoustique - Exercice d'Application

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