Devis EXPRESS
Mon panier
Mon espace
Contact

Mesures Acoustiques : guide pour une Qualité Sonore Optimale

Téléchargez le guide en pdf pour découvrir les solutions pour optimiser vos mesures acoustiques.

INTRODUCTION

L’acoustique revêt de nombreuses facettes entre la qualité acoustique d’une salle de concert, l’optimisation du son que fait la fermeture des portières d’un véhicule haut de gamme, ou encore une chambre de test pour réaliser la cartographie acoustique d’un lave vaisselle, par exemple. On peut distinguer plusieurs grandes problématiques liées aux mesures acoustiques :

  • Intensité et qualité d’un son : il s’agit, ici, de caractériser la propagation du son dans un bâtiment, par exemple ;
  • NVH (Noise, Vibrations, Harshness) : c’est l’étude et la modification du bruit et des caractéristiques vibratoires d’un véhicule. La rudesse, c’est-à-dire l’aspect désagréable d’un son, est un paramètre plus subjectif ;
  • Bruit de forme / de passage : il s’agit, par exemple, du bruit que fait une voiture, un train, etc. en passant à côté d’un observateur fixe ;
  • Inter-prestations : il s’agit d’identifier les conséquences de la modification d’une conception en termes de bruit perçu soit dans l’habitacle du véhicule, soit à l’extérieur ;
  • Acoustique environnementale (hors intensité et qualité d’un son dans les bâtiments) : il s’agit de la pollution sonore générée au voisinage d’une installation.
Le confort acoustique

Au travers de ces différentes problématiques, l’acoustique va permettre de répondre aux questions que vous pouvez vous poser en ce qui concerne le confort acoustique, c’est-à-dire la présence, ou non, d’une source de bruit, un bruit agréable ou désagréable, etc., l’impact environnemental d’un bruit de passage, la qualité perçue – le conducteur d’une voiture sportive de luxe appréciera plus d’entendre vrombir son moteur, mais beaucoup moins d’entendre un bruit d’air. L’acoustique représente ainsi un élément différenciant pour votre produit et peut être associé à des problématiques de confort, de discrétion, de qualité ou même d’image de marque.

La force de traînée :

Il s’agit de la force correspondant à la résistance aérodynamique à l’avancement de l’objet (véhicule ou avion, par exemple) dans le fluide et qui permet de calculer le coefficient de traînée, ou Cx. On peut voir cette force comme un ressort qui retiendrait l’objet et l’empêcherait d’avancer. Il est important de connaître ce coefficient parce qu’il permet de déterminer directement la consommation énergétique du véhicule ou de l’avion : plus la force de traînée est grande, plus la consommation en carburant, ou en électricité, pour se déplacer sera élevée ;

L’ÉTUDE DE L’ORIGINE DU SON ET DE SA PROPAGATION

Le son est la vibration mécanique d’un médium se propageant sous forme d’ondes. Le médium peut être l’air ou un objet – on parle alors respectivement de transmission aérienne ou de transmission solidienne – , et c’est la raison pour laquelle il ne peut y avoir d’acoustique aérienne dans le vide. Pour Heinrich Kuttruff, dans l’ouvrage Acoustics: An introduction (Taylor & Francis, 2007) :

« l’acoustique est la science du son et traite de l’origine du son et sa propagation (…). Elle est à la base de nombreux phénomènes fondamentaux et aussi de nombreuses applications pratiques. »

NOTIONS DE BASE

Cet article n’a pas vocation à être un cours théorique sur l’acoustique, mais néanmoins plusieurs notions de base sont nécessaires pour aller plus loin :

  • Niveau sonore : il s’agit de la variation de pression acoustique par rapport à une référence. Ce niveau (SPL) exprimé en dB (décibel) est calculé selon la formule suivante :

avec p la pression RMS et pref = 2 x 10-5 Pa (dans l’air ; la valeur de référence dépend du fluide). Il faut savoir que l’on travaille avec de très faibles variations de pression (1 Pa correspond déjà à 94 dB).

  • D’où l’intérêt de sélectionner des capteurs ultra-sensibles pour pouvoir faire des mesures acoustiques ;
  • C’est d’autant plus important que la perception humaine n’a pas de seuil bas : on a une notion de son perçu à l’oreille dès 0,1 dB ;
  • En termes de fréquences, le domaine audible s’étend de 20 Hz à 20 kHz, au-delà, ce sont les ultrasons et, en-dessous, ce sont les infrasons. Leur étude peut néanmoins être importante car certaines espèces animales y sont sensibles, mais aussi parce qu’un infraou un ultrason peut être la signature acoustique d’un phénomène physique qu’on cherche à identifier.
La source acoustique

Source acoustique : l’origine du son peut être soit simulée, soit réelle. Dans l’exemple d’un véhicule en mouvement, un tourbillon se forme à l’extérieur au niveau du montant de baie (entre le pare-brise et la vitre latérale, aussi appelé montant A) et sa localisation par rapport au véhicule change au cours du temps. Le tourbillon s’éloigne de la vitre latérale, puis s’en rapproche, etc. – , selon une dynamique rapide ce qui modifie l’interaction entre l’écoulement (turbulent) et la vitre. Ceci est générateur de bruit.

  • Propagation : une fois l’onde acoustique émise, différents phénomènes vont apparaître :
  • Réverbération : l’onde est réfléchie puis réémise (bleu) par la paroi, en étant forcément légèrement atténuée ;
  • Atténuation : ce phénomène (rouge) peut être plus important grâce à des matériaux tels que des mousses isolantes ;
  • Transmission : une partie de l’onde est transmise de manière solidienne (orange). Dans l’exemple de la vitre d’un véhicule, une fois que la vitre est entrée en vibration, une onde est réémise à l’intérieur de l’habitacle. C’est pour cette raison que l’on peut aussi utiliser des accéléromètres, en plus des microphones.
  • Récepteur : il peut s’agir soit de l’oreille humaine, soit d’un microphone.
CHAMP LIBRE OU DIFFUS, PROCHE OU LOINTAIN

Lorsque l’on parle d’acoustique, il y a encore un paramètre important à prendre en compte, à savoir le champ. Il existe deux types de champs théoriques, et tous les champs réels seront une combinaison de ces deux champs :

  • Champ libre : c’est la configuration où il n’y a qu’une seule source ponctuelle, sans aucune réverbération. C’est typiquement ce que l’on essaye de reproduire dans une chambre anéchoïque ;
  • Champ diffus : c’est la configuration où il n’y a que des réverbérations (donc aucune source apparente). C’est le principe de fonctionnement d’une chambre réverbérante ; On fait également la distinction entre le champ proche et le champ lointain.
  • Champ proche / Champ lointain : le champ lointain est la partie du champ acoustique rayonné par une source de bruit, dans laquelle le niveau de pression acoustique diminue de 3 dB chaque fois que l’aire de la surface de mesure est doublée. Le champ proche est la partie du champ acoustique rayonné par une source de bruit qui se trouve entre la source et le champ lointain (faible atténuation du champ si on s’éloigne de la source). En pratique, lorsque l’on est « suffisamment éloigné » de la source, on considère qu’on travaille en champ lointain – en champ libre sinon.
Chambre anéchoïque
Salle réverbérante
COMMENT BIEN CHOISIR SON MICROPHONE

Pour réaliser des mesures acoustiques, le capteur privilégié est le microphone. Ce dernier est divisé en deux parties : l’une constituée d’une capsule (avec sa grille) et l’autre constituée d’un préamplificateur. La capsule intègre, sous la grille, un diaphragme (ou membrane) fixé par un système mécanique et qui va vibrer en présence d’une onde sonore. En raison de l’utilisation d’une membrane, un microphone est fragile et il faut donc veiller à éviter les chocs et les chutes.

Il existe deux types de microphones :
  • Microphone à Électret : la membrane est recouverte d’une couche magnétique (polarisation permanente à la fabrication). En se déplaçant, la membrane génère un signal électrique ;
  • Microphone à condensateur : un élément sensible joue le rôle de condensateur (déplacement de charges électriques ; polarisation permanente ou externe). Ce type de microphones nécessite une alimentation externe. Dans une chaîne de mesure, les microphones à Électret et à condensateur seront vus comme des capteurs ICP©. Si vous utilisez un accéléromètre piézoélectrique ICP©, il vous suffira, tout simplement, de le remplacer par un microphone, de changer la sensibilité et l’unité pour pouvoir réaliser un essai acoustique.
Choix du microphone

Vient ensuite la question du choix du microphone qui conviendra le mieux à votre application. Afin de vous aider dans cette étape, PCB Piezotronics préconise de s’intéresser aux critères suivants :

  • Type d’application et mesures acoustiques souhaitées : est-ce que vous recherchez à mesurer des niveaux sonores, à identifier une source acoustique et son niveau sonore, à trouver des fréquences émergeant d’un bruit de fond ?
  • Installation pré-existante : est-ce que vous disposez déjà de matériels, de microphones pré-polarisés et / ou pré-amplifiés, afin d’être le plus compatible possible avec votre installation existante ?
  • Fréquences à mesurer : elles vous permettront de déterminer la réponse en fréquence du microphone ;
  • Niveaux sonores à mesurer : il s’agit d’avoir un bruit de fond cohérent et d’éviter la saturation, voire l’endommagement, du capteur ;
  • Installation du microphone : dans quelles conditions le microphone sera installé (mesures en laboratoire, par exemple) ? Quelles seront les contraintes du milieu (humidité relative, poussières, atmosphère explosive, température) ? Comment allez-vous monter le microphone (paroi à percer, capteur dans le champ acoustique, toute petite cavité d’où utilisation d’un microphone plat) ?
EXEMPLES D’APPLICATIONS CLASSIQUES
  • Mesures dans un tube d’impédance : on met un matériau au milieu du tube qui dispose d’une source à une extrémité. Les gammes de fréquences et de niveaux sont adaptées de telle sorte que le microphone puisse atteindre les fréquences intéressées et d’avoir des niveaux cohérents pour ne pas saturer le signal.
  • Caractérisation de matériaux d’atténuation acoustique (absorption, réverbération) ;
  • Mesures dans l’audible à forts niveaux acoustiques ;
  • Microphone ¼ pouce à champ de pression, prépolarisé et avec préamplificateur 378A12 (20 Hz à 20 kHz, réponse dynamique de 182 dB), montage en paroi. NB. On veillera à laisser libre l’évent latéral d’équilibrage de pression.
  • Mesures NVH dans l’automobile : il s’agit de qualifier des sources sonores dans un habitacle afin d’améliorer la qualité de confort (arrêter un bruit désagréable, par exemple) en fixant mieux une grille de ventilation, en rajoutant un joint ailleurs, etc.
  • Mesures dans l’audible : niveau, sources, « rugosité » ;
  • Microphone ½ pouce en champ libre, prépolarisé et avec préamplification 378B02 (20 Hz à 20 kHz)
  • Versions Haute température (bruit d’échappement, essais en chambres climatiques), ATEX (véhicules H2) et IP55 (essais route).
ou plus originales
  • Mesures aéroacoustiques : il s’agit de visualiser des fluctuations rapides et faibles de l’écoulement d’air, afin de déterminer les bruits d’origine aérodynamique (réémis vers l’extérieur et rayonné en cabine / habitacle).
  • Microphone plat Électret avec préamplificateur 130B40 (épaisseur de 3 mm), montage en paroi et utilisation d’un accessoire de montage aérodynamique (pour être le plus affleurant possible) ;
  • Faible intrusivité dans le champ acoustique et dans l’écoulement (couche limite), montage dans des cavités même de petite taille ;
  • Montage en paroi par collage (sans perçage) sur une vitre en verre feuilleté et le fuselage, ce qui permet de conserver intact l’objet sous test.
  • Contrôle qualité en ligne de production : il s’agit de surveiller les fréquences émises par un outil d’usinage, par exemple, afin de détecter l’apparition de fréquences particulières liées à un défaut d’usinage, l’objectif étant de mettre au rebut la pièce fabriquée à ce moment-là.
  • Source bien orientée et niveau sonore ambiant élevé (atelier) : microphone fortement directif (antennerie) type 130F20, 130F21 ou 130F22 ;
  • Microphone plat Électret avec préamplication 130B40 ;
  • Existe en version IP55 (130A24) pour environnements humides ou poussiéreux. (mesures sous caisse, en passage de roue, sur piste, dans un atelier où des particules sont en suspension……).
  • Contrôle qualité en fin de production : la mesure acoustique permet, ici, d’identifier d’éventuelles fuites sur un contenant sous pression (pneu, réservoir…).
  • Mesures dans l’audible, mais aussi dans le domaine ultrasonore ;
  • Microphone ½ pouce (jusqu’à 40 kHz) ou ¼ pouce (jusqu’à 100 kHz) ;
  • Fréquence d’échantillonnage : le système d’acquisition doit présenter une fréquence d’échantillonnage. Elle doit être suffisamment élevée. D’au moins deux fois la fréquence du signal sinusoïdal, selon le théorème de Shannon, pour éviter l’apparition d’une coupure de la bande passante (filtre passe-bas) dans le domaine ultrasonore.
  • Selon l’application (réservoir d’hydrogène), un produit certifié ATEX peut être utilisé.
UN ACCOMPAGNEMENT PERSONNALISÉ

Pour répondre à toutes ces applications et à bien d’autres encore, PCB Piezotronics vous propose une large offre de microphones (microphones piézoélectriques, de surface et d’antennerie, sondes microphoniques, microphones spécialisés…) et une gamme d’accessoires :

  • Pistonphones pour la vérification rapide de niveaux et de fréquences ;
  • Stations d’étalonnage : réponse en fréquence jusqu’à 20 kHz ;
  • Prestations d’étalonnage en fréquence dans nos laboratoires d’étalonnage européens (accréditation DAkkS – équivalent strict à COFRAC). La réponse en fréquence du microphone selon l’ISO 17025 est de 10 jours ouvrés sur la plupart de nos microphones.
  • Si vous êtes intéressés par la réalisation d’essais, une équipe d’experts de PCB Piezotronics est à votre service. Il vous accompagnerons alors dans l’expression du besoin jusqu’au résultat expérimental final. Cela va du choix des microphones les mieux adaptés à votre application jusqu’à leur mise en œuvre. PCB Piezotronics propose également des services de location ou de prêt (en échange de retours d’expérience) de capteurs, ainsi que des prestations d’étalonnage.
  • Mesures aéroacoustiques : il s’agit de visualiser des fluctuations rapides et faibles de l’écoulement d’air. Cela a pour but de déterminer les bruits d’origine aérodynamique (réémis vers l’extérieur et rayonné en cabine / habitacle).
PCB PIEZOTRONICS ET SES DIFFÉRENTES MARQUES

Guillaume Bonnavion, est l’expert en mécanique des fluides, aérodynamique, acoustique et hydrodynamique chez PCB Piezotronics France. PCB Piezotronics développe et fabrique des solutions de mesure de grandeur physique, sous différentes marques. Ces produits sont :

  • Accéléromètres piézoélectriques/Mems ;
  • Capteurs de pression piézoélectriques/piézorésistifs ;
  • Capteurs de force piézoélectriques et à jauge de contraintes ;
  • Microphones de mesure (PCB Piezotronics) ;
  • Accéléromètres piézoélectriques/Mems ;
  • Capteurs de pression piézorésistifs (Endevco) ;
  • Produits industriels basés sur la technologie piézoélectrique (IMI Sensors) ;
  • Pots vibrants ;
  • Stations d’étalonnage (The Modal Shop) ;
  • Sonomètres et dosimètres (Larson Davis).
CONCLUSION

L’acoustique joue un rôle clé dans l’amélioration du confort sonore et la qualité des produits. Grâce aux bonnes pratiques et à l’utilisation de microphones adaptés, vous pouvez réaliser des mesures précises et fiables.

Téléchargez le guide en pdf pour découvrir les solutions pour optimiser vos mesures acoustiques.

Encore des questions ? N’hésitez pas à nous contacter !