Notions de base d'acoustique > La propagation du bruit

La perturbation produite par une source de bruit donne naissance à une onde acoustique qui se propage dans les milieux a une vitesse qui dépend de la compressibilité du milieu (340 m/s dans l’air, 1500m/s dans l’eau). Localement on peut observer des variations de pression et des vibrations de particules composant le milieu de propagation. Un haut-parleur, par exemple, utilise ce mécanisme. Notons que seule la compression se déplace et non les molécules d’air, si ce n’est de quelques micromètres. Lorsque l’on observe des ronds dans l’eau, les vagues se déplacent mais l’eau reste au même endroit, elle ne fait que se déplacer verticalement et non suivre les vagues (un bouchon placé sur l’eau reste à la même position sans se déplacer). Pour cette raison, il n’y a pas de « vent » devant un haut-parleur. Le son se propage également dans les solides sous forme de vibrations des atomes appelées phonons. Là encore, seule la vibration se propage, et non les atomes qui ne font que vibrer très faiblement autour de leur position d’équilibre.

Lorsque la distance de l’observateur à la source sonore varie, le niveau de bruit observé varie en faisant intervenir plusieurs phénomènes, qui permettent de caractériser la propagation du signal sonore. Ces phénomènes sont essentiellement les suivants.



Atténuation géométrique

Un son émis par une source sonore omnidirectionnelle se propage dans un espace homogène, de façon identique dans toutes les directions de l’espace. Son énergie par unité de surface décroit de façon inversement proportionnelle à la distance et son niveau décroit de 6 dB par doublement de distance. Si on a mesuré un niveau L1 à la distance d1 de la source, on mesurera à la distance d un niveau L tel que :



Cette formule résume la loi d’atténuation géométrique. On voit en particulier que si la distance double, le niveau sonore diminue de 6 dB (20.log (2) = 6).

Absorption atmosphérique

A l’atténuation géométrique qui vient de la répartition de l’énergie dans l’espace, s’ajoute une déperdition d’énergie connue sous le nom d’absorption atmosphérique. Ainsi, dans la réalité, la loi d’atténuation de 6 dB par doublement de distance constitue-t-elle une loi minimale.

Cette absorption dépend essentiellement de la fréquence du son et, au second degré, des conditions météorologiques (température, humidité). Aux fréquences élevées elle est importante, pouvant dépasser 10 dB par 100 mètres, alors qu’aux basses fréquences elle est pratiquement négligeable. Pour un bruit quelconque la propagation se traduit par une atténuation du niveau dans chaque bande de fréquences, plus accentuée dans les aiguës que dans les graves, ce qui entraîne une déformation du spectre lors de la propagation.

A titre indicatif, voici quelques valeurs d’atténuation :

Fréquence (Hz)	1000	2000	3150	4000
Atténuation (dB/km)	4.08	8.75	17.7	26.4

Effet de sol

Lorsque les rayons sonores arrivent au sol sous un angle faible, l’atténuation constatée est plus forte que celle due aux effets conjugués de l’atténuation géométrique et de l’absorption atmosphérique. Cette différence dépend du trajet de propagation, de l’angle des rayons sonores avec le sol et des caractéristiques du sol.

Il existe des formulations empiriques de cet effet, qui devient négligeable lorsque l’angle des rayons sonores avec le sol est supérieur à 30 degrés. Lorsque cet angle est faible, par contre, l’atténuation est importante : plus de 10 dB, par exemple, à 1000 mètres de la source sonore.

Effet de réflexion

Si l’observateur est placé en espace libre, il entend seulement le bruit résultant de l’onde directement émise par la source. S’il est placé près d’un sol réfléchissant (ou d’une paroi réfléchissante), à l’onde directe s’ajoute une onde réfléchie dont les effets sonores se composent avec ceux de la première.

Pratiquement, ceci déformera le spectre d’émission et se traduira par une augmentation de 0 à 6 dB du niveau global de pression acoustique, selon que le sol (ou la paroi) est un absorbant parfait ou un bon réflecteur.

Effet des conditions atmosphériques

La vitesse du vent et la température changent avec l’altitude ce qui a pour effet d’incurver les rayons acoustiques vers le haut ou le bas selon les cas. Pour une source située en altitude, cela ne modifie pas de façon importante le bruit perçu car il y a toujours un rayon qui fini par parvenir au sol. Lorsque la source est proche du sol, cela peut apporter des variations importantes, selon que l’effet de sol décrit précédemment est annulé ou pas par la courbure des rayons.

Effet d’écran

Si un écran est placé entre l’observateur et la source de bruit, il se produira une atténuation d’autant plus forte que l’observateur est proche de l’écran et placé dans la zone d’ombre de cet écran par rapport à la source.