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l'analyse des phénomènes a été rédigée en espérant la rendre accessible à tout lecteur intéressé ...
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Patrick Carré,
acousticien conseil
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avec la collaboration de Frédéric Finand, ingénieur du son, formateur   et responsable du studio de l'ENM de Villeurbanne.
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les matériaux absorbants acoustiques

Différentes causes d'absorption existent, qui se traduisent par des comportements différents des matériaux, toujours variables en fonction de la fréquence. L'absorption est la conséquence d'une perte d'énergie acoustique en surface ou dans certains cas à l'intérieur du matériau dit absorbant. voir absorption et réverbération

Lorsqu'une paroi est constituée de plusieurs matériaux dans l'épaisseur, la fonction d'absorption est presque uniquement réalisée au niveau de la surface, donc sur le ou les matériaux en contact avec l'air du local.
Il ne faut pas confondre absorption et isolation ; il faut différents matériaux en épaisseur pour satisfaire les 2 propriétés.
L'absorption d'un matériau est caractérisée par son coefficient d'absorption alfa.
L'absorption est toujours variable en fonction de la fréquence : on peut classer les comportements des matériaux en 3 types
types de matériaux
variation du coef d'absorption alfa avec la fréquence

matériaux poreux ou fibreux

Si l'onde sonore peut pénétrer à l'intérieur du matériau, ellle 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 roche, et non polystirène).
Ces matériaux ont un coefficient d'absorption faible aux fréquences basses, qui augmente avec la fréquence, 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 grandes.
Ce type est le plus courant, le plus facile à utiliser, mais il ne permet pas une absorption uniforme en fréquence : c'est pourquoi presque toujours les Tr sont plus faibles aux fréquences basses.

exemples types : textiles, moquette, mousse, laine de roche ou de verre peu revêtue ou revêtue par un matériau acoustiquement transparent

plaques et membranes

Un volume d'air fermé par un matériau pouvant se déplacer ou se déformer réalise un système masse-ressort qui possède une fréquence de résonance à laquelle l'énergie est absorbée par la mise en vibration de la masse ; l'absorption est dite sélective :
                                Fr # 60 / (racine(m x d))
m masse surfacique de la plaque en kg/m2, d épaisseur de la lame d'air en m
Ainsi Fr est faible si m et d élevés.
On élargit la plage en fréquence de l'absorption en utilisant des matériaux et épaisseurs différents

exemples : plaques de plafond et lambris sur support discontinu, parquet traditionnel, l'efficacité dépend beaucoup du mode de pose

résonateurs

Une cavité ou un volume d'air ouvert sur le local par un "col" (analogue à une bouteille) réalise un résonateur dit d'Helmoltz. Une résonance appelée résonance de cavité se produit à une fréquence Fr ; l'absorption est sélective :
                                  Fr = (c/2pi) x racine (S/(V x l))
V volume de cavité, S surface d'ouverture du col, l longueur du col
c = vitesse du son = 330 m/sec;       pi = 3,14         l, S, V en m, m2, m3
nota : cette formule est la même qui permet d'accorder une enceinte de type "bass-reflex" à son haut-parleur; elle n'est valable que pour des longueurs l de col  largement supérieures à leur diamètre et pour des diamètres minima selon la fréquence; sinon, un terme correctif la modifie.
Fr est faible si V et l sont grands.

Solution complexe à réaliser, sur mesure quasi indispensable, seul système permettant des absorptions aux fréquences très basses mais encombrant, nommé "bass trap". On peut accorder précisément le résonateur, s'il est bien calculé et réalisé. On augmente l'absorption autour de Fr en plaçant un absorbant fibreux à l'intérieur du volume. On élargit la plage en fréquence de l'absorption en utilisant des volumes et des dimensions de cols variés : une bonne solution est un mur de résonateurs multiples de fréquences différentes, avec une dispersion aléatoire des dimensions voir exemple ci-dessous.
On trouve quelques réalisations commerciales chères, souvent à base de panneaux de bois perforés.

critères de choix de matériaux

• l'absorption dans les fréquences élevées est obtenue facilement avec les matériaux à porosité ouverte, fibreux, textiles.
• l'absorption dans les fréquences basses nécessite de l'espace pour installer des membranes ou des résonateurs dont l'encombrement est non négligeable lorsque l'on veut obtenir Fr faible.
• l'absorption dans les fréquences moyennes est réalisée par des matériaux poreux épais, des petits résonateurs ou plaques.
• Il faut donc plusieurs modes d'absorption, donc plusieurs matériaux dans un local pour absorber uniformément sur tout le spectre.
• dans la plupart des cas l'absorption dépend du mode de fixation et de la dispersion des matériaux dans le cas d'éléments indépendants comme des plaques ou des résonateurs.
• la fabrication industrielle de matériaux universels est complexe et coûteuse : la solution pour réaliser une absorption uniforme avec la fréquence consiste donc à utiliser un assemblage ou panachage de matériaux différents dans un même local
• pour augmenter la surface d'absorption totale d'un local, on peut réaliser des surfaces convexes, les matériaux peuvent être placés ailleurs que contre les parois, par exemple suspendus au plafond; les géométries complexes, différentes de la planéité, la rugosité des surfaces, sont favorables voir exemples ci-dessous.
• un choix de matériaux doit également tenir compte des conditions de mise en oeuvre, d'esthétique, de résistance mécanique, d'entretien et de sécurité incendie.
On devrait trouver des caractéristiques de matériaux sur les sites des fabricants.
Le coefficient alfa "indice W", seule info souvent donnée, est "global", il ne permet pas de connaitre la variation avec la fréquence et n'a d'intérêt que dans le cadre de la réglementation acoustique des habitations collectives.
Une information genre "excellent matériau acoustique" ou "diminue le bruit de tant de %" sans valeur numérique de alfa n'est pas crédible, et ne veut rien dire.


exemples de valeurs d'absorption

Les coefs alfa sont déterminés à partir de mesures de 2 Temps de Réverbération Tr dans un local spécifiquement aménagé : la précision ne peut donc être meilleure que celle de la mesure des Tr, qui dans le principe est une approximation, surtout dans les fréquences basses ...Les valeurs en plus pour de nombreux matériaux dépendent du mode de pose. Il ne faut pas espérer une précision meilleure que de l'ordre de 15% ! On devrait normalement indiquer la formule de calcul du coef alfa à partir du Tr, le plus généralement celle de Sabine, on parle alors de coef alfa "sabine" ou "sab". Voir absorption et réverbération

 Pour des objets particuliers ou des personnes, la notion de surface n'a pas de sens; par la même méthode on mesure la surface d'absorption, c'est à dire le produit S x alfa, en m2. voir tableau ci-dessous

On retrouve ces données, et d'autres, dans l'application excel TR-optimat qui permet le calcul prévisionnel des Temps de Réverbération Tr ou Rt60, voir en page moyens de calculs



On ne trouve le plus souvent des valeurs de alfa que dans les octaves 125 à 4000 Hz.
Les fabricants et laboratoires ont pris l'habitude de limiter les mesures à cette bande de fréquences à cause de la réglementation acoustique, mais en fait elle ne s'applique généralement pas pour le traitement des locaux.

En observant les valeurs des alfas on peut retrouver les comportements par types de matériaux indiqués au début de cette page..
Certains matériaux ou objets peuvent correspondre à plusieurs types, dont les propriétés s'ajoutent en partie.


réalisation d'absorbants "astucieux"
augmentant la surface totale d'absorption du local

Des panneaux absorbants pendus au plafond permettent une augmentation conséquente de la surface d'absorption totale du local .puisque les parois restent apparentes

Un mur de résonateurs constitué de lames de bois espacées recouvrant une laine de roche épaisse avec voile de verre.

Les intervalles entre lames sont de hauteur variable afin de réaliser des fréquences de résonances différentes, dans les fréquences haut-grave et bas médiums : ici, dans une salle publique, plus étroits dans la partie basse (pour ne pas servir de poubelle ...) et de hauteur augmentant régulièrement vers le haut.
On peut faire de même en plafond, en répartissant de manière aléatoire les dimensions d'intervalles.

Découpe d'alvéoles concaves de dimensions variables dans une mousse, l'absorption est augmentée.
bloc de mousse destiné à la réalisation d'absorbants placés dans un angle de local, modèle industriel,
dits "corner-traps"
autres pages du site : textes illustrés sur les thèmes de l'isolation acoustique, de la qualité des locaux d'écoute, et sur les rapports entre acoustique et sonorisation

 

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