Isolation phonique - Maxicours

Isolation phonique

Objectifs
Expliquer ce qu’est l’isolation phonique.
Présenter l’indice d’affaiblissement acoustique.
Énoncer la loi de masse.
Voir comment réaliser une isolation acoustique.
1. L'isolation phonique
Bruit : nuisance importante en ville, à proximité d’un aéroport...
Isolation acoustique : isole des bruits extérieurs, en diminuant l’intensité acoustique des sons extérieurs transmis par les parois de la pièce.
Isolation phonique vs correction phonique : car la correction phonique traite les sons qui sont produits dans la pièce elle-même)

Le bruit extérieur peut être transmis par les parois de deux manières :

Par transmission solidienne, associée aux bruits de choc ou bruits d’impact. Ils résultent de chocs directement contre des parois du bâtiment.
Exemple: bruit des talons à aiguilles de la voisine du dessus. La paroi subissant le choc (et les parois en contact avec celle-ci) deviennent des émetteurs sonores. En effet, la vibration se propage et se transmet à l’air sous la forme d’un bruit.

Par transmission aérienne: les ondes sonores se propagent dans l’air, puis sont transmises par les parois, avant de se propager à l’intérieur de la pièce.
Exemple: tondeuse à gazon. L’intensité acoustique de telles ondes est suffisante pour être transmise même par les murs. Sinon, de simples défauts suffisent pour qu’un bruit pénètre dans une pièce, comme un trou dans un mur.

La loi de Fechner (ou loi de Weber-Fechner) appliquée à l’acoustique indique que "la sensation sonore est proportionnelle au logarithme de l’intensité acoustique". Si on divise par deux la puissance d’une source sonore, on percevra un son un peu moins intense, mais pas deux fois moins fort. Atténuer un son signifie diviser son intensité acoustique par un facteur souvent colossal. Cela justifie l’emploi d’une échelle logarithmique, avec utilisation du décibel.

Pour quantifier l’atténuation des bruits aériens
, on introduit la notion d’indice d’affaiblissement acoustique.
2. Indice d'affaiblissement acoustique
Lorsqu’une onde acoustique rencontre une paroi (incidence supposée normale), l’onde apporte une intensité acoustique (en ), dont une partie est réfléchie, une partie est absorbée et une partie est transmise.

On définit 3 coefficients :

• Le coefficient de réflexion acoustique : .
• Le coefficient d’absorption acoustique Alpha Sabine : étudiant la réverbération acoustique.
• Le coefficient de transmission : étudiant l'isolation phonique.

L'indice d'affaiblissement acoustique est alors défini comme étant : (R, en décibel).
 
Propriétés :

R s’écrit aussi comme . Comme , R est forcément positif ou nul.

→ D’autre part, , où est le seuil d’audibilité de l’oreille humaine. Le niveau sonore L (en dB) d’un son d’intensité acoustique I est . En conséquence, R peut se mettre sous la forme .
R est la différence entre le niveau sonore du son avant la paroi par celui après la paroi.

→ Si plusieurs parois sont disposées les unes à la suite des autres, en laissant un espace suffisant entre elles, elles sont dites découplées : chacune va se comporter indépendamment des autres.
 

L’intensité acoustique transmise par la paroi 1 correspond à l’intensité acoustique incidente sur la paroi 2. Ainsi:





→ Si la paroi n’est pas homogène (mur comportant une fenêtre), on emploie un coefficient de transmission moyen, pondéré par la surface S de chaque partie de la paroi:
 
est le coefficient de transmission de la partie de surface

 
3. Loi de masse
On estime l’indice d’affaiblissement acoustique R d’une paroi par la loi de masse
: masse surfacique de la paroi () ;
(rad/s) : pulsation de l’onde sonore considérée, de fréquence f (en Hz);
: impédance acoustique caractéristique de l’air, où et c sont respectivement la masse volumique de l’air et la célérité du son dans celui-ci ( , à 20 °C).

Remarques
• Plus un matériau est lourd ( fort), plus R est fort. Aussi, doubler l’épaisseur revient à doubler : cela entraîne une augmentation de R de 6 dB.
• Si la fréquence du son est doublée, R augmente de 6 dB.
• La loi de masse a tendance à sur-estimer la valeur de R. Ainsi, une approximation de R peut être donnée par la relation empirique ci-dessous :


Limitations de la loi de masse selon la fréquence
:

→ La paroi est mise en vibration par l’onde acoustique. Si la fréquence de l’onde correspond à la fréquence propre de la paroi, celle-ci entre en résonance. Il en résulte une diminution de R. Cette fréquence est nommée fréquence critique (ou fréquence de coïncidence). Elle est calculable par la relation :
est en Hz, est la célérité du son dans l’air, e est l’épaisseur de la paroi (en m) et est la célérité du son dans la paroi.

Deux parois mises côte à côte (couplées) présentent un phénomène de résonance pour une fréquence de l’onde acoustique :
est en Hz, d est la distance (en m) entre les deux parois. et sont respectivement les masses surfaciques (en ) des parois 1 et 2 :


Une double paroi est assimilable à un système masse-ressort, où les masses sont les parois, et le ressort est la « raideur » du matériau se trouvant entre les parois. Si ce matériau n’amortit pas l’oscillation, R est faible. Dans le cas contraire, l’ensemble peut constituer un bon isolant phonique : R fort.
4. Techniques d'isolation phonique
Pour réaliser une isolation phonique de bruits aériens :

Poser sur les murs des matériaux isolants phoniques
Une couche de laine de verre ou laine de roche (matériaux peu denses) est "prise en sandwich" par deux couches de matériaux plus denses. Un système masse/ ressort est formé: laine de verre/ roche. L’énergie de la vibration causée par l’onde acoustique est rapidement dissipée.

► Opter pour des fenêtres doubles vitrages

Remarquez que l’isolation phonique va souvent de pair avec l’isolation thermique des logements.


Remarque : Pour l’isolation phonique de bruits d’impacts, la propagation du son dans les parois imposerait de réaliser une isolation phonique de toutes les parois de toutes les pièces (murs, plafond, plancher). Par exemple pour les bruits de talons aiguilles, une solution est de déposer sur le sol concerné par les chocs une moquette épaisse ( = absorbeur de choc).

L'essentiel
L’isolation phonique consiste en une atténuation des sons extérieurs qui sont transmis par les parois d’une pièce. Cette atténuation est évaluée par l’indice d’affaiblissement acoustique R :
est le coefficient de transmission, défini comme le rapport de l’intensité acoustique transmise par l’intensité acoustique incidente

avec L est un niveau sonore, en dB.

Le R d’une paroi est évalué par la loi de masse :
est la masse surfacique de la paroi ;
la pulsation de l’onde acoustique ;
et Z l’impédance acoustique caractéristique de l’air.
 

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