Acoustiques
Introduction
Après avoir choisi les mousses, et nous être concentrés dans un premier temps sur leur pouvoir isolant acoustique, nous avons cherché des manipulations qui nous permettraient de les caractériser.
L’ENSIACET n’étant pas équipée pour faire des expériences dans le domaine de l’acoustique, nous avons contacté dans un premier temps le laboratoire P.H.A.S.E (Physique de l’Homme Appliquée à Son Environnement). Ce laboratoire est spécialisé dans l’étude des interactions thermiques et acoustiques entre Physique, Humain, et Environnement. Cependant, notre demande n’a pas abouti.
Nous nous sommes donc adressés à l’IUT Mesures Physique de l’université Paul Sabatier de Toulouse où nous avons obtenu une réponse positive. C’est grâce au professeur Isabelle Malet que nous avons eu la chance de pouvoir mener à bien deux expériences acoustiques sur nos différentes mousses. Celles-ci nous ont permis de déterminer et comparer leurs coefficients d’absorption. En effet, la qualité absorbante d'un matériau homogène donné, est appréciée par son coefficient d'absorption : a, égal au rapport entre l'intensité acoustique absorbée par l'élément, et l'intensité incidente.
Les bases de l'acoustique
Pour mieux comprendre nos expérimentations et nos résultats, voici quelques bases simples d'acoustique.
Qu'est ce qu'un son ?
Un son correspond à la propagation de particules produites par une source sonore et transmises dans l'air ambiant auquel elles imposent une variation de pression. C'est ce qui se passe par exemple, lorsque nous parlons. Nos cordes vocales en vibrant, produisent une variation de pression (haute et basse) dans l'air. Le son se propage dans l'air à une vitesse approximative de 340 mètres par seconde et avec une fréquence qui est propre à la vibration.
L'oreille humaine est capable de percevoir les sons dont les fréquences de vibration sont comprises entre 20Hz et 20000Hz.
Comportement d'une onde sonore
Quand une onde sonore rencontre un obstacle il se produit quatre phénomènes :
- La réflexion
Une partie de l'onde est réfléchie par l'obstacle, le traitement acoustique a pour but de s'occuper de ce phénomène, cela consiste à bien gérer les réflexions utiles et les réflexions parasites.
La transmission
Une partie est transmise à travers le matériau. ce phénomène, appelée isolation acoustique, rend la pièce insonore.
- L'absorption
Une partie infime de l'onde est transformée en énergie mécanique et parfois calorifique, elle se produit essentiellement en surface. L'angle béta est fonction du matériau (coefficient d'absorption et épaisseur) et de la fréquence de l'onde.
- La diffusion
Si l'obstacle n'est pas lisse, l'onde incidente est réfléchie en plusieurs ondes, chaque aspérité se comportant comme une paroi.
Pourquoi un matériau poreux absorbe mieux?
Si l'onde sonore peut pénétrer à l'intérieur du matériau, elle y engendre des frottements, des déplacements de fibres légères, d'où transformation d'énergie. La porosité doit donc être de type ouverte (ex : laine de verre, mousse).
Ces matériaux ont un coefficient d'absorption faible aux fréquences basses, et fort aux fréquences élevées. L'absorption aux fréquences basses est d'autant plus importante que le matériau est épais et que ses pores ou cavités sont grands.
A partir de ces informations nous pouvons donc expliquer ce qu'il se passe dans le cas de nos mousses ainsi que pour la morphologie des murs de notre école.
Si cet article vous intéresse, veuillez trouvé de plus ample informations sur ce site
==> http://www.lafontaudio.com/criteres.htm
Acoustique du bâtiment
Pour cette expérience, nous disposons d’un sonomètre qui enregistre le temps de réverbération d’une onde sonore dans une salle vide de volume connu. L’émetteur émet un son particulier (bruit rose) qui sert de référence dans les mesures de bruit dans le bâtiment. Emetteur et récepteur sont placés chacun à un tiers de la diagonale de la pièce. La plaque en mousse est placée contre l’un des murs (voir les deux figures ci-dessous).
Il est important que la salle soit la plus vide possible pour maximiser la précision de la mesure. Un seul opérateur effectue les manipulations pour éviter de fausser les mesures.
Trois séries de 5 mesures sont effectuées : une série pour chacune des deux mousses et une série sans mousse (pièce à vide).
L’aire d’absorption équivalente de la pièce sans mousse est :
A0 = 
= S0* α0 d’où α0 = 
L’aire d’absorption équivalente de la pièce avec mousse est :
A = 
= So α0 + S1(α1 – α0) d’où α1 = 
Ainsi pour un volume de la salle de V= 80 m3 une surface de la salle de S0 = 116m² et une surface de mousse de S1 = 1.8 * 1.4 = 2.52 m², nous obtenons les résultats suivants :
Ce qui donne :
Le coefficient d’absorption augmente avec la fréquence et celui-ci est plus important pour la mousse plane que pour la mousse alvéolée pour des basses fréquences. Tandis que pour des hautes fréquences ( > 1000 Hz), les résultats sont inversés.
Cela montre qu’il existe une ou plusieurs propriétés de ces matériaux cellulaires justifiant leur usage dans le domaine de l’isolation acoustique.
Tube de Kundt
L'expérience s’agit ici de faire circuler une onde sonore à l’aide d’un haut-parleur et d’un GBF. L’échantillon de mousse est placé à une extrémité, l’émetteur à l’autre. Ensuite, à l’aide d’un récepteur pouvant être translaté dans le tube, le signal de l’onde est récupéré à différents endroits du tube (Figure ci-dessous).
Ce signal est visible sur un oscilloscope. Ainsi, les valeurs de la tension correspondant à un nœud, tension minimum (Vmax), et à un ventre, tension maximum (Vmin), sont relevées pour différentes fréquences. Grâce à ces différentes valeurs de Vmax et Vmin, une valeur moyenne du coefficient d’absorption du matériau est déterminée tel que :
T = Vmax / Vmin
Et a, le coefficient d’absorption vaut 
2000 Hz correspond à la fréquence limite du tube de Kundt utilisé. La plage de fréquences pouvant être utilisées varient entre Fmin est Fmax, qui dépendent des dimensions du tuyau.
Fmin = c / (2L) et Fmax = c / (2D) avec : c la célérité du son dans l'air (344m/s)
L la longueur du tuyau
D le diamètre du tuyau
A titre indicatif, l’oreille humaine entend les fréquences comprises entre 20Hz et 20 000Hz.
Les coefficients moyens obtenus sont de : 0,991 pour la mousse alvéolée
0,967 pour la mousse plane
0,921 pour une mesure à vide.
Le matériel étant assez vieux et les mesures peu précises, ces valeurs ne peuvent pas être considérées comme fiables du fait des conditions expérimentales.
Cependant, nous gardons en tête la méthode qui elle pourra être répétée pour une caractérisation plus précise.