Acoustique des salles - Part 9 - Isolation

VI L’ISOLATION

A - Propagation des nuisances sonores

1 - Propagation aérienne

Le son parvient de l’extérieur du bâtiment, par les fenêtres et toutes les ouvertures, les défauts de jointures ainsi que des pièces voisines, par les murs, les portes, les gaines d’aération et même les gaines de courant électrique.

2 - Propagation solidienne

Il s’agit des bruits dits d’impacts : pas, coups de marteau, perceuse.

Au studio, on peut entendre comme si on y était, les cours de percu du rez de chaussée. Il s’agit de propagation plutôt solidienne, car les cuivres, bien que de niveau égal ou supérieur nous gênent beaucoup moins : les impacts se transmettent à partir du sol à toute la structure, par l’intermédiaire des murs.

B - Mesure des nuisances sonores

1- Nature du signal test : on utilise selon le cas, du bruit rose ou du bruit “route”. Ce dernier est un bruit de synthèse qui simule la pollution sonore de la ciculation automobile. Il a moins d’aigus que le bruit rose.

2- On compare le niveau global dans le local A avec celui du local B. La mesure se fait en dBA.

dBA : reportez-vous aux courbes d’isosonie, qu’on vous a données au début de l’année. En fait, c’est la courbe qui correspond à 70dBspl à 1KHz. Elle correspond aux niveaux faibles : les fréquences basses et aiguës sont peu audibles.

Ex- On a 102dBA dans le local A et 80dBA dans le local B : l’affaiblissement est de 22dB

3- L’analyseur permet de constater à quelles fréquences il y a des problèmes, de trouver les explications et d’y remédier.

C - Les lois de l’isolation

1- Loi des masses :

L’isolement est proportionnel à la masse des parois.

Autrement dit, plus la paroi est lourde, plus elle isole. Si on double l’épaisseur d’une paroi, on a 6dB

d’isolation supplémentaire. Voici la méthode de calcul :

Références à retenir :

Un matériau de masse surfacique de 100Kg par m2 donne une isolation de 40dB à la fréquence de 500Hz

Cette isolation de 40dB baisse de 6dB si la masse diminue de moitié et augmente de 6dB si la masse double.

Par ex. doubler l’épaisseur d’un mur ne fait gagner que 6dB d’isolation, quelle que soit l’épaisseur initiale du mur.

Cela rappelle l’atténuation géométrique (6dB / doublement de la distance)

Si on veut connaître des valeurs intermédiaires : supposons que la masse du matériau soit 182Kg/m2, on peut faire une estimation rapide, soit 182, c’est proche de 200, on peut choisir 45dB. On peut aussi faire le calcul précis :

Isolation = 40 (isolation de référence) + 20 log 182 / 100 (référence de masse) = 45,2 dB

Autre ex. : la masse du matériau est 35Kg/m2 : 40 + 20 log 35/100 = 40 + (-9,1) = 30,9dB

2 - Loi des fréquences

Pour les fréquences, il y a la même loi de variation que pour les masses : l’isolation gagne 6dB, chaque fois que la fréquence double et inversement, conformément au tableau :

Pour faire un calcul précis, on utilise la formule logarithmique :

Ex. Un paroi isole de 35dB à 500Hz : quelle est son efficacité à 80Hz?

35 (isolation à 500Hz) + 20 log 80 / 500 =

35 + (-15,9) = 19,1 dB

Exercice regroupant les deux lois : quelle est l’isolation à 100Hz d’un matériau de 35Kg/m2 ?

On calcule d’abord l’isolation à 500Hz avec une masse de 35Kg/m2 :

40 + 20 log 35 / 100 = 40 + (-9,1) = 30,9 dB d’isolation à 500Hz

Isolation à la fréquence de 100Hz : 30,9 + 20 log 100 / 500 30,9 + (-13,9) = 17dB

3 - Fréquence critique :

Chaque matériau vibre à un certaine fréquence pour laquelle il est particulièrement perméable. Il présente alors une perte d’isolation de l’ordre de 30dB à cette fréquence appelée fréquence critique.

C’est la raison essentielle pour laquelle on a intérêt à varier nos matériaux d’isolation, afin que l’un compense les faiblesses de l’autre.

Il existe également des matériaux dont la fréquence critique se situe largement au-delà des fréquences audibles, comme le sable par ex. 42726Hz pour 1cm d’épaisseur.

Ces matériaux ne posent donc aucun problème à ce niveau.

On précise l’épaisseur car là aussi, la fréquence critique varie de manière inversement proportionnelle à l’épaisseur du matériau. La fréquence critique est divisée par 2 quand l’épaisseur double et inversement.

Faisons un tableau à propos de la fréquence critique du verre qui est donnée pour 1cm à 1282 Hz.

Si on connaît la fréquence critique pour une épaisseur de 1cm, pour calculer la fréq.crit. à une autre épaisseur faire :

nouvelle fréquence critique = f.crit. pour 1cm : épaisseur en cm

Ex : plâtre de 1 cm d’épaisseur: fréq.crit = 2670Hz. Quelle est la fréq.crit.

si le plâtre fait 0,2 cm d’épaisseur ?

2670 : 0,2 = 13350 Hz

Si le plâtre fait 3cm d’épaisseur ?

2670 : 3 = 427,3 Hz

Remarquons que sa fréquence critique devient plus audible, mais que sa masse augmente. Si son épaisseur est trop faible, de toutes façons, elle n’isole pas grand chose.

Observations :

a) Tous ces résultats sont donnés pour une incidence normale. Le cas général est celui d’une incidence diffuse pour laquelle l’isolation est moins performante (4dB au lieu de 6).

b) La reverbération amplifie les bruits, donc plus le local est assourdi, moins il souffre des bruits extérieurs. Dans le bâtiment, pour les calculs d’isolation, on considère le RT60 d’une habitation égal à 0,5s.Si le RT60 est supérieur ou inférieur à cette valeur, on introduit dans les calculs une correction.

D - Mise en oeuvre de l’isolation

Le principe de l’isolation parfaite est la boîte hermétique dans la boîte, sans liaison l’une avec l’autre. Tant qu’on n’aura pas découvert les secrets de la lévitation, ça restera du domaine du rêve. De toutes façons, il faudra respirer,aller et venir, amener du courant electrique, pour ne citer que les besoins les plus basiques .

Tous ces “ponts acoustiques” doivent être soigneusement traités et faire l’objet de ce qu’on appelle un découplage.

1 - Les bruits d’impacts ou chocs :

Rappelons que leur transmission est solidienne. De nombreux fabriquants proposent des systèmes sur un marché immobilier très florissant mais jouant sur un compromis qualité-prix inférieur à ce qu’on peut attendre du traitement d’un studio ou d’un auditorium.

L’un des traitements les plus courants pour isoler au niveau du sol est la technique de la dalle flottante. La dalle de béton est disposée sur des gravillons et d’autres matériaux très divers (polystyrène, laine minérale...) qui servent d’intermédiaire et découplent de manière assez efficace les bruits d’impact transmis vers la salle du dessous.

La solution ne fonctionne malheureusement que dans un sens. Le studio n’est pas protégé en cas de bruits d’impacts venant du dessous : quand les percus jouent, on s’en rend compte. La raison en est que ces bruits passent peu par le plafond, mais plutôt par le sol de la salle du dessous et se propagent par les murs.

Une solution efficace serait que les musiciens jouent sur des tapis épais ou à la rigueur, de la moquette.

2 - Les transmissions aériennes

a) Les parois simples ( les murs, par ex.) :

comme on l’a vu, c’est la loi de masse qui régit l’isolation. Le seul gros problème est la fréquence critique. On est pratiquement obligé de doubler avec un matériau dont la fréquence critique se situe dans une autre bande de fréquence.

Jadis, il n’y a pas longtemps du tout, on utilisait des feuilles de plomb : métal très dense, facile à appliquer et d’ un encombrement réduit. Je suppose que la législation l’interdit car son oxyde provoque des intoxications et une maladie grave, le saturnisme.

On peut combiner le béton et la feuille de plâtre (2000 et 4200Hz), en jouant sur les épaisseurs. La brique et le plâtre ont des zones de fréquences critiques encore plus éloignées.

b) Les parois doubles

Elles sont constituées de deux parois simples séparées par un vide d’air qui peut être comblé avec un matériau.

Supposons que chaque paroi apporte une isolation de 40dB. On pourrait s’attendre à ce que l’isolement de l’ensemble soit égal à 40 + 40 = 80dB.

Ce serait le cas si les deux parois étaient très éloignées l’une de l’autre ( d au moins égal à la longueur d’onde de la fréquence la plus basse transmise !). Malheureusement, il existe toujours un couplage entre les deux parois, dû à leur mode de fixation en périphérie et à l’élasticité de la lame d’air prisonnière entre les deux murs.

La fréquence de résonance du système est donnée par la formule :

d en cm et m1, m2 = masse surfacique de chaque paroi, en Kg /m2

Ex) d = 10cm, m1 = 100Kg/m2, m2 = 50Kg/m2 f° = 32,5 Hz

A cette fréquence apparait une baisse sensible de

l’isolation. Au-delà de cette fréquence, l’isolation croît rapidement ( plus rapidement qu’une paroi simple) puis présente une nouvelle faiblesse à la 1ère fréquence de résonance de la lame d’air.

On élimine ce défaut en collant contre l’une des deux parois, de préférence celle située du côté le moins bruyant, une couche de laine minérale de quelques cm d’épaisseur, en faisant en sorte qu’elle ne touche pas les deux parois ou qu’elle ne soit pas tassée entre elles, afin de ne pas créer de couplage.

De plus, le passage d’une onde, d’un milieu dans un autre s’accompagne toujours d’une perte d’énergie. On a donc intérêt à multiplier les changements de milieux, donc à diversifier les matériaux.

Des fabricants proposent des parois composites, qui pour une masse surfacique de 100Kg /m2 donnent des performances équivalentes à celles d’une paroi simple de 400 Kg/m2.

Publié avec l'aimable autorisation de René KAMOUN