Conception et évaluation des performances des systèmes
Anibal
Eléments théoriques : notions d'acoustique
Mesure de bruit dites subjectives
Le niveau sonore en décibels non pondérés (dBlin), s’il représente bien une grandeur physique, ne rend pas compte de l’impression sonore ressentie. Son appréciation à partir des pressions sonores mesurées est difficile, surtout dans le cas de bruits complexes. On a étudié d’abord la sensibilité de l’oreille aux sons purs permanents ne conservant que deux variables, la fréquence et l’amplitude. L’étude des variations de sensibilité de l’oreille avec la fréquence a conduit au réseau bien connu des courbes isosonique, ou ensemble des niveaux sonores de sons purs qui produisent, sur un homme d’audition normale, la même sensation de force sonore. Il semble qu’autour de 1000Hz, la sensibilité de l’oreille suive assez bien une loi logarithmique, ce qui fait que les courbes successives tracées dans ce diagramme sont équidistantes à la fréquences de 1000Hz et chacune est notée par la valeur en décibels du niveau à 1000Hz.
Deux sons purs de fréquence différente sont d’égale sonie si leurs intensités, en décibels, se placent sur la même courbe. Cette sonie se mesure par le niveau de cette courbe à 1000Hz, appelé niveau en phones.
La difficulté commence avec la comparaison entre un son pur à 1000Hz et un bruit complexe, dont le spectre comprend a priori des raies et une composante à large bande.
La méthode la plus simple consiste à appliquer une pondération en fonction de la fréquence. Ceci revient à passer les signaux mesurés dans un filtre dont la forme est symétrique, par rapport à l’abscisse, de la courbe isosonique la plus proche du niveau sonore considéré. Trois courbes de filtrage sont normalisées ; elles produisent, avec des simplifications dans leur tracé, les atténuations correspondant aux courbes isosoniques passant 40, 70 et 100 phones. Ces trois courbes sont appelées respectivement courbes A, B, C et conduisent aux niveaux sonores pondérés A, B, C (dBA, dBB, dBC)
Pratiquement le niveau en dBA donne un assez bon classement des bruits. C’est pourquoi la pondération A est la plus généralement employée. Elle l’est effectivement pour la certification des avions légers, ce qui est très avantageux car c’est la pondération qui réduit le plus fortement les basses fréquences (là où les niveaux du bruit d’hélice sont les plus élevés).
Evaluation de la nuisance d’un bruit permanent
Les évaluations précédentes ont pour but de chiffrer la sonie, c’est à dire de donner une échelle de mesure qui permette de classer les bruits dans un ordre qui sera reconnu par l’oreille comme un ordre d’intensité physiologique croissante.
Certains auteurs estiment que la gêne apportée par un bruit est une notion différente, l’ordre de classement de divers bruits suivant la gêne croissante pouvant être distinct de celui des bruits de sonie croissante. Par exemple, deux bruits d’égal niveau en dBA peuvent gêner différemment l’audition de la parole, suivant leur composition spectrale, ou provoquer des réactions différentes sur deux populations. Ainsi le bruit d’un réacteur est moins bien supporté que celui des moteurs à hélice, à égalité de niveau subjectif (phones ou dBA).
Des méthodes d’évaluations permettent dorénavant de prévoir la gêne et les réactions des individus concernés.
La première qui soit adaptée au domaine aéronautique (turboréacteur) aboutit à l’échelle des PNdB (Perceived Noise decibels), proposée par Kryter ; elle donne aux fréquences aigües de 1000 à 4000 Hz plus d’importance qu’elles n’en ont dans les courbes de pondération A,B ou C, ou dans les divers phones.
Le calcul du niveau PNL exprimé en PNdB, est analogue à celui des phones de Stevens et commence par un barème donnant le nombre Ni de Noys (ou élément de nuisance) provoqué par un niveau donné dans une bande i d’analyse (tiers d’octave). De même que la pondération A est une simplification des courbes isosoniques, les PNL peuvent être approchés en admettant une pondération fonction de la fréquence seule. Ceci conduit à introduire dans les sonomètres une courbe de filtrage reproduisant la courbe 40 Noys, appelés courbe D, d’où le niveau en dBD. Comme la courbe D a été choisie avec un affaiblissement nul à 1000 Hz, par similitude avec ce qui a été fait pour les courbes A, B, C, le niveau dBD se trouve à environ 7dB en dessous du niveau PNL. La courbe de filtrage qui donnerait directement une approximation du PNL serait donc de 7dB au dessus de D. On a proposé de l’appeler N - on trouve parfois la notation dBN.
D’autres méthodes d’évaluation permettant de prévoir la gêne existent, mais elles ne concernent plus le bruit des hélices.
Influence de la durée
Dans ce qui précède, le bruit est supposé stationnaire ; seules son intensité et sa répartition spectrale interviennent. Dans le cas d’une évolution rapide et unique d’un bruit, comme lors du passage d’un avion, on utilise les EPNdB. Dans un premier temps, il est convenu, pour le contrôle des avions, que le niveau maximum considéré, PNLTM, est le maximum des valeurs en TPNdB calculées chaque demi seconde a partir des analyses en tiers d’octave. Une correction de durée est alors introduite. Le calcul est une intégration du niveau PNLT, étendue au temps pendant lequel le niveau reste supérieur à une certaine valeur (90 TPNdB ou PNLTM-10dB si PNLTM>100dB). Il faut noter que la limite inférieure des 90 TPNdN n’est pas appliquée dans le cas d’avions légers.
Le niveau de gêne EPNL ainsi obtenue est une valeur exprimée en EPNdB (Effective Perceived Noise decibels) et calculé par :
Influence de la répétition
Dans le cas de répétition de bruits évolutifs, ce qui est le cas de survols d’avions, il se produit une gêne cumulée, qui dépend du nombre d’événements sonores au cours d’un intervalle de temps. Ainsi, en France, l’environnement sonore des aéroports est mesuré par un indice d’exposition au bruit, encore appelé indice psophique (d’un mot grec qui signifie bruit).
Cet indice Ie majore la nuisance des survols de bruit par une pénalisation de 10dB. Il s’écrit :
avec j = nombre de survols de 6h à 22h,
n = nombre de survols de 22h à 6h
et où L sont les niveaux PNL maximaux.
