L’acoustique en 1 clin d’œil, règles de conception et niveau sonore

L’acoustique en un clin d’œil 

L’ordre des grandeurs

Le même matériel à des niveaux de pression sonore différents selon la distance et la position

Exemples:

Exemples:

Les règles de conception

LE CHOIX DES SYSTÈMES :

1. Systèmes centralisés «tout air»

La distribution des différents locaux est regroupée en une ou plusieurs centrales de traitement d’air. Ce système a l’avantage de regrouper les principales sources sonores dans un même lieu : le local technique. Dès lors, il s’agit essentiellement de faire obstacle au transfert du bruit de ce local technique vers des locaux plus calmes (vibrations, rayonnement, propagation dans le réseau).

2. Systèmes décentralisés

Ce sont tous les traitements locaux (centrales plafonds, ventilo-convecteurs…). Dans ces systèmes, la source sonore principale est le ventilateur et elle doit être traitée selon le niveau souhaité :

• double peau pour le rayonnement,
• silencieux à l’aspiration et au refoulement,
• désolidarisation antivibratoire.

3. Les réseaux de désenfumage ou mixtes

Leur traitement par des silencieux acoustiques est peu recommandé.

En effet, tout élément du réseau doit avoir un classement M0, être stable au feu 1/4 heure et rien ne doit risquer d’obstruer le ventilateur (arrachement des fibres). Lorsqu’un réseau d’extraction peut être utilisé en désenfumage, il convient d’éviter le passage des conduits d’extraction dans les zones du bâtiment. Tout rejet extérieur doit être considéré par rapport à la position du voisinage… (réglementations sur les bruits de voisinage).

LES ÉLÉMENTS DE CES SYSTÈMES

1. Les ventilateurs

Chaque ventilateur (cf. chapitre «les ventilateurs») génère un type de spectre particulier. Il faut considérer le niveau sonore émis dans le réseau (aspiration et refoulement) mais également le niveau sonore rayonné. Si ce dernier est peu important dans un local technique, il peut devenir prépondérant en faux plafond. C’est pourquoi, les centrales plafond sont généralement en caisson double peau pour éviter le rayonnement (ce qui n’influence pas forcément le bruit émis dans le réseau).

En général, les ventilateurs ont des fréquences prédominantes :

• Centrifuge à action : moyennes fréquences
• Réaction, axiaux : basses fréquences

Cependant, ils sont difficilement comparables car ils agissent chacun sur des zones de débit-pression différentes.

L’essentiel, quel que soit le type retenu, est de veiller :

• à un rendement correct
• à une vitesse de rotation la plus faible possible
• à une bonne estimation du point de fonctionnement (le niveau sonore peut varier sensiblement si les pertes de charges du réseaux sont différentes).

2. Vitesse d’air et géométrie des réseaux

• Vitesse d’air

Les bruits régénérés par des vitesses excessives dans les réseaux de gaines, au passage des registres de dosage, des boites de mélange, des clapets sont très difficiles et très coûteux à atténuer quand ces dispositifs sont situés à proximité des locaux sensibles.

D’une manière générale, les vitesses d’écoulement limites conseillées pour assurer le respect des critères sont récapitulées dans le tableau ci-après :

(*) Pour les gaines rectangulaires, utiliser le diamètre hydraulique, ou diamètre équivalent.

• Choix du conduit

Il faut distinguer pour chaque type de conduit son comportement en transmission (bruit rayonné par la gaine ou bruit extérieur entrant dans la gaine) et en atténuation (propagation du bruit dans la gaine).

• La tôle : atténue peu mais rayonne essentiellement.
  Le béton : n’atténue pas et rayonne peu.
  Le Fib’Air : forte atténuation (absorbant). Atténue au rayonnement les moyennes et hautes fréquences uniquement.

Ainsi, pour traverser des locaux bruyants (local technique), deux solutions s’offrent :

1. Ne traiter le bruit dans le réseau qu’au passage de paroi entre ce local bruyant et un local plus calme.
2. Si ce n’est pas possible, choisir un réseau qui a une forte atténuation au rayonnement ou le capoter.

• Maîtriser la géométrie des réseaux

Forme des conduits

Les gaines circulaires rayonnent moins d’énergie sonore que les rectangulaires. En revanche, ces gaines circulaires atténuent peu les basses fréquences des bruits générés par les ventilateurs. Les gaines à section rectangulaire sont préférables aux gaines à section carrée, toutefois les rapports de côtés excédant 4/1 doivent être évités, car de telles gaines ont tendance à vibrer excessivement et à résonner.

Coudes, piquages, transitions 

Afin de diminuer la régénération du bruit d’écoulement dans les basses fréquences, il faut des coudes, des piquages et des transitions les plus aérauliques possibles :

• coudes arrondis ou avec aubes,
• piquages à 45°, …

et ce d’autant plus que la vitesse est élevée.

Les changements de sections doivent être, si possible, réalisés avec un angle inférieur à 30°.

Registres, clapets, équilibrage

Les registres et les clapets sont les principales sources de régénération dans les réseaux du secteur tertiaire. Il faut savoir qu’une variation de quelques degrés dans leur fermeture peut générer facilement une dizaine de décibels dans certaines bandes d’octave.

Une seule règle doit prévaloir : l’équilibrage.

Tant que chaque branche du collecteur principal reste correctement équilibrée, le clapet restera dans un domaine d’utilisation correct. Pour les mêmes raisons, il n’est pas souhaitable de compenser les déséquilibres du réseau par le seul registre terminal. Il doit être précédé d’un clapet de réglage primaire accessible.

Il faut également éviter une vitesse trop forte dans les sections terminales (écrasement des gaines, coudes trop « pliés », réductions brusques en faux plafond…).

L’adaptation des caractéristiques des ventilateurs limite souvent le recours aux fermetures des registres et clapets de réglage.

3. Les diffuseurs

On peut considérer plusieurs types :

• Les diffuseurs classiques et tourbillonnaires : leur niveau sonore dépend essentiellement de la vitesse d’air effective. S’ils sont munis d’un registre terminal, le niveau sonore de ce dernier évoluera en fonction de la pression différentielle.
• Les diffuseurs à déplacement et bouches pour auditorium : grâce à leur faible vitesse de soufflage, ils sont particulièrement silencieux. Leur niveau sonore est souvent fonction de la vitesse d’entrée et du bon équilibrage des débits.

Généralement, en fonction du critère souhaité et du nombre de diffuseurs, on peut déterminer à priori le type de système de diffusion pouvant convenir.

Partout dans le réseau, une solution acoustique

Les niveaux sonores

• Lorsque deux trains passent en même temps, la sensation auditive n’est pas doublée.
• Cela impose l’introduction des logarithmes dans l’expression mathématique de la pression acoustique (ce que l’oreille perçoit) et de la puissance acoustique (ce que la source émet).
• La sensation auditive varie (loi de Fechtner) comme le logarithme de l’excitation. De ce fait, on exprime les niveaux (puissance, pression) en logarithme et par rapport à un seuil de perception de référence.

avec P = pression acoustique en pascals
P₀ = pression de référence, seuil d’audibilité à
1 000 Hz = 2·10^{‑ 5} Pa

Attention : Dans les deux cas, on parle de niveaux en décibels, mais ce sont deux grandeurs physiques différentes.

Exemple :

Conclusion :
Puissance ↔ Caractéristique intrinsèque du matériel.
Pression ↔ Caractérise le matériel dans un environnement donné.

Addition de niveaux sonores

• L’introduction des logarithmes fait que l’addition de deux niveaux sonores n’est pas une somme arithmétique, et donc :
  60 dB + 60 dB ≠ 120 dB
• En effet, en ajoutant les niveaux sonores, on ajoute arithmétiquement les puissances (ou pressions) appliquées, et le calcul du niveau sonore final se fait de la manière suivante :
  Soit une puissance appliquée de 10^‑6 W.
  Le niveau sonore correspondant est de 60 dB :
  10 Log (10^-6/10^-12) = 60 dB
  Lw = 10 Log (2 x 10^-6/10^-12)
  = 10 Log 2 + 10 Log (10^-6/10^-12)
  = 3 + 60
  = 63 dB
  Donc 60 dB + 60 dB = 63 dB

D’une manière pratique, pour connaître le résultat d’une addition de deux niveaux sonores, il suffit de se référer à l’abaque ci-après, et lire, à partir de la différence entre les deux niveaux, la valeur à ajouter au niveau le plus grand.

Attention : Les niveaux de puissance peuvent s’additionner sans risque, mais pour les niveaux de pression, il faut vérifier que l’environnement est le même (par exemple pour 2 ventilateurs rejetant dans la même trémie, si l’un fait 60 dB(A) à 3 m et l’autre 60 dB(A) à 1 m, on ne pourra rien en conclure directement).

Différence en dB entre 2 niveaux à additionner