Evaluation physique et auditive des bruits
Evaluation physique et auditive des bruits
Ce thème regroupe des sujets de recherche ayant trait à la qualité sonore perçue des systèmes vibroacoustiques et à la détermination des indicateurs caractéristiques de la gêne sonore ressentie. Ces deux contributions ont été retenues dans le Groupement de Recherche 3372 «VIlle SIlencieuse DuraBLE, VISIBLE» auquel l’équipe participe.
Perception sonore des systèmes vibroacoustiques
Il est désigné par Perception sonore des systèmes vibroacoustiques l’étude de la perception de la qualité sonore de systèmes vibroacoustiques avec la volonté de modifier le bruit émis ou transmis par les structures. Il est proposé de coupler l’analyse classique des systèmes vibroacoustiques et l’évaluation auditive des bruits rayonnés ou transmis par ces structures. Les recommandations issues des deux analyses permettent d'améliorer le confort acoustique en considérant les attributs perceptifs des bruits. Les travaux de l’équipe ont montré en effet qu’à valeur équivalente d’indicateurs caractérisant les performances acoustiques d’un système vibroacoustique, des tests d’écoute menés auprès d’un jury d’auditeurs permettaient de mettre en évidence des différences audibles significatives et des jugements de préférence conduisant au choix d’une solution technologique améliorant le confort acoustique.
Ce thème couplant vibroacoustique et évaluation auditive fournit des résultats utiles aussi bien au domaine des transports qu’au domaine du bâtiment.
Influence des paramètres structuraux sur la perception auditive et leur classification
J. Faure (thèse, 2003) a recherché quels étaient les paramètres structuraux d’une plaque vibrante influant sur la perception auditive. La prépondérance, d’un point de vue perceptif, de paramètres tels que le facteur de perte par amortissement structural, les conditions de montage de la structure et l’épaisseur de la structure a été mise en évidence. En particulier, il a été montré l’effet du facteur de perte par amortissement structural sur la perception auditive et sur la perception de la qualité sonore des bruits transmis alors que l’indicateur vibroacoustique usuel utilisé pour traduire les performances de la structure en transmission acoustique présentait peu de variations, pour une excitation en incidence normale, lors d’une variation du paramètre structural. Le travail post-doctoral de J. Faure a permis d’obtenir, parmi trois paramètres prépondérants, une hiérarchisation de leur influence sur la perception des bruits transmis par une paroi en verre. Le système simple étudié constitue un élément de base classiquement rencontré dans les domaines des transports et du bâtiment. D'autres travaux ont porté sur des systèmes plaque-cavité amortie (DEA de A. Goepp, Thèse de A. Trollé) afin d'étudier les relations entre les paramètres physiques et les attributs perceptifs des bruits rayonnés par la plaque dans la cavité amortie.
Enregistrement binaural de bruits rayonnés par une plaque vibrante encastrée dans une paroi d’une cavité rigide comportant successivement différents types de matériaux (DEA A. Goepp).
Amélioration qualitative du confort acoustique dans l’habitat
Des travaux couplant analyse vibroacoustique et évaluation auditive ont été appliqués au bâtiment. Des travaux ont concerné l’étude de l’influence des conditions de montage d’un vitrage dans son châssis sur la perception des bruits transmis. Les stimuli du test d’écoute ont été générés en convoluant des bruits environnementaux, enregistrés in situ via une tête artificielle, à la réponse impulsionnelle calculée d’une plaque en verre présentant différentes variations structurales. L’analyse des résultats aux tests d’écoute a permis l’établissement des valeurs de préférence définissant les meilleures configurations techniques (DEA A. Trollé).
D’autres travaux, (DEA J. Loudiyi et TFE M. Grandin) concernaient la caractérisation physique et perceptive de parois isolantes utilisées dans le bâtiment. Une partie de ces travaux a été cofinancée par EDF R&D. L’objectif était de proposer des solutions d’isolation phonique permettant d’améliorer qualitativement le confort acoustique dans les logements réhabilités pour des bruits intérieurs aériens. L’étude traitait l’exemple des logements à réhabiliter, du type HLM des années 1960, avec des matériaux de construction et les contraintes d’espace correspondants. Pour mener à bien ces travaux, des enregistrements binauraux de bruits de voisinage intérieurs ont été réalisés et convolués aux réponses impulsionnelles approximées des parois ou systèmes (chemins de transmission indirects pris en compte). Les résultats de ces tests ont été mis en relation avec les caractéristiques physiques des solutions. Les conclusions obtenues sont identiques pour différents types de bruit de voisinage intérieur et montrent que les indices d’affaiblissement acoustique pondérés Rw et Rw+C à valeurs équivalentes peuvent conduire à des jugements différents de confort acoustique. Associer ces indices réglementaires à une métrique psychoacoustique permet de rendre compte de l’amélioration qualitative apportée par certaines solutions d’isolation phonique définies par l’analyse physique comme étant à performances acoustiques équivalentes.
Préférence exprimée pour différentes conditions de montage du vitrage dans son châssis lors d’une exposition au bruit d’un avion en phase de décollage.
Préférence exprimée pour différentes conditions de montage du vitrage dans son châssis lors d’une exposition au bruit de démarrage d’une automobile à un feu vert.
Ajustement de l’effort de calcul vibroacoustique avec des contraintes perceptives
La thèse de A. Trollé (2009) concernait l’ajustement des efforts de calcul vibroacoustique utilisé à des fins d’amélioration de la qualité sonore des systèmes dès le stade de leur conception. Cette problématique se pose plus généralement dans le cadre du développement d’un produit industriel, lorsque l’on souhaite intégrer, dès sa conception, une démarche de qualité sonore. Il faut s’assurer que les tendances qualitatives dressées à partir de l’évaluation auditive de sons synthétisés reflètent les tendances qualitatives originales. Pour une plaque couplée à une cavité amortie et excitée par une force mécanique stationnaire, il a été proposé de déterminer le pas fréquentiel et la fréquence maximale de coupure des sons qui permettent de conserver les tendances qualitatives issues de l’évaluation auditive des sons réels obtenus à partir d’une expérimentation menée sur un système plaque-cavité. Les sons rayonnés par la plaque à l’intérieur de la cavité étaient enregistrés dans différentes configurations structurales du système. Chaque configuration impliquait une combinaison des modalités prises par trois paramètres structuraux : les propriétés d’absorption acoustique de matériaux placés dans la cavité, l’épaisseur et les conditions de serrage de la plaque vibrante. Les résultats obtenus ont permis de désigner un pas fréquentiel et une fréquence optimale de coupure des sons permettant de conserver les tendances en termes de préférence donnant les configurations structurales à privilégier pour un meilleur design sonore. Cette thèse a fait l’objet d’une collaboration avec le Laboratoire Vibrations Acoustique de l’INSA de Lyon.
Comparaison des valeurs de préférence obtenues pour les stimuli originaux (en rouge) et filtrés passe-bas à 2500 Hz (en gris)
Description quantitative et qualitative du bruit dans l’environnement pour la détermination d’indicateurs
Un état de l’art a été mené en collaboration avec des chercheurs SHS du CSTB et de l’INRETS sur le mesurage de la gêne sonore, les descripteurs de bruit, les paramètres importants dans l’émergence de la gêne sonore et les modèles de gêne en situation de multi-exposition sonore. La nécessité de définir des indicateurs plus caractéristiques de la gêne sonore est soulignée tant au niveau national qu’international.
L’équipe propose d’appliquer la démarche d’évaluation physique et auditive des bruits afin de proposer des indicateurs acoustiques plus adaptés pour traduire la gêne sonore. En effet, un seul facteur acoustique est pris en compte dans les indicateurs acoustiques actuels : l’énergie acoustique intégrée. Or, d’autres facteurs acoustiques contribuent à l’expression de la gêne sonore.
L’équipe propose d’appliquer la démarche d’évaluation physique et auditive des bruits afin de proposer des indicateurs acoustiques mieux adaptés pour traduire la gêne sonore. En effet, un seul facteur acoustique est pris en compte dans les indicateurs acoustiques actuels : l’énergie acoustique intégrée. Or, d’autres facteurs acoustiques contribuent à l’expression de la gêne sonore. La détermination d’indicateurs plus adaptés a été menée pour caractériser la gêne due aux bruits industriels pour des situations d’exposition à une seule source de bruit industriel et des situations de multi-exposition (bruit d’un site industriel comportant différentes sources acoustiques, prise en compte d’un bruit résiduel du type routier, chantier, etc.). Ces travaux ont été menés en partenariat avec EDF R&D dans le cadre de DEA, masters de recherche et thèses CIFRE, et ce avec le soutien financier de l’AFSSET dans le cadre d’un projet de recherche national (2005-2009).
Les sources de bruit industriel étant très variées, une première étape menée par G. Le Nost (thèse, 2007) a consisté à établir une typologie de ces sources telles qu’elles sont réellement perçues. Une typologie perceptive de sources de bruit industriel permanent et stable a été obtenue suite à un test de catégorisation libre. Les stimuli utilisés lors du test d’écoute étaient issus d’enregistrements stéréophoniques de bruits industriels réalisés à proximité des sources acoustiques. La typologie perceptive regroupe les bruits industriels par similarité. Elle constitue une base de travail indispensable pour la détermination d’indicateurs de gêne sonore adaptés à chaque catégorie perceptive de bruits industriels (bruit à large bande, bruit à caractère tonal, bruit basses fréquences, etc.).
| Catégorie perceptive | Caractéristiques acoustiques |
| 1 | Bruits à large bande |
| 2 | Bruits basses fréquences à caractère non tonal |
| 3 | Bruits basses fréquences à caractère tonal (Bark 2) |
| 4 | Bruits à caractère tonal plus aigu (émergence des Barks 3 à 8) |
| 5 | Bruits à caractère tonal avec un nombre élevé de raies spectrales |
| 6 | Pas de caractéristique commune aux autres sources |
Typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent et stable
Un travail de caractérisation quantitative et qualitative du bruit industriel et un travail de définition d‘indicateurs adaptés à chaque catégorie perceptive mise en évidence ont été menés en laboratoire par M. Alayrac (thèse, 2009). L’objectif était de proposer un indicateur intégré, caractéristique de la gêne ressentie en situation de multi-exposition sonore due à un site industriel, composé de différentes sources acoustiques émettant du bruit en simultanée. Grâce à de nouveaux tests d’écoute, les indicateurs de gêne proposés par M. Alayrac ont été confrontés par validation croisée dans le cadre des travaux de master de J. Morel. Ce dernier a également étudié différentes situations de multi-exposition à des sources de bruit industriel. Ces différents travaux réalisés en laboratoire ont permis la proposition de modèles prédictifs de gêne sonore pour des situations de multi-exposition comportant du bruit industriel. Ces travaux menés en laboratoire ont été complétés par des travaux utilisant des données de gêne sonore recueillies auprès d’habitants. En effet, une enquête de gêne sonore a été menée pour une situation de multi-exposition aux bruits industriel et routier (Projet cofinancé par l’AFSSET). Les données recueillies ont été traitées au sens de la multi-exposition (post-doc de Marjorie Pierrette) avec le concours des chercheurs du Laboratoire Psychologie des Processus et des Conduites Complexes (EA 4431) de l'Université Paris X et de l'association Aedifice, et ce avec le soutien financier de l’ADEME dans le cadre du projet NOISI-EXPO, labellisé PREDIT (convention n°0866C0066).
Ce même projet PREDIT (ADEME / convention n°0866C0066) a permis de cofinancer l’établissement d’une typologie perceptive et cognitive du bruit routier en milieu urbain avec le concours du LCPE/LAM pour l’analyse psycholinguistique des verbalisations recueillies au cours d’un test de catégorisation libre. Les travaux de thèse de Julien Morel menés au laboratoire ont pour objectif de proposer des indicateurs acoustiques plus adaptés à rendre compte de la gêne sonore en situation de mono-exposition aux différentes catégories perceptives de bruit routier urbain et en situation de multi-exposition sonore.
L’ENTPE est également impliquée dans le projet QUASOART, labellisé PREDIT et financé par l’ADEME, traitant de la définition d’indicateurs de qualité sonore en contexte urbain. Ces travaux sont menés en collaboration avec le laboratoire Mobilités Réseaux Territoires et Environnements (LRMTE), le laboratoire des Equipes Traitement de l'Information et Systèmes (ETIS), Bruitparif et la Mairie de Paris. L'objectif de ces travaux est d'établir un modèle prédictif de la qualité du paysage sonore en milieu urbain à partir d'enquêtes de terrain et au travers de deux méthodes d'analyse : la technique de régression linéaire multiple et la technique de réseau de neurones. La régression linéaire permet de comprendre quelles variables influencent les réponses des sujets relativement à la qualité sonore, mais ces dernières n'expliquent que faiblement la variabilité de ces réponses. En revanche le réseau de neurones permet d'obtenir des résultats plus probants quant à la validité du modèle obtenu mais cet outil n'offre pas la possibilité d'interpréter les variables explicatives mises en jeu. Ces travaux font l’objet d’un travail de doctorat (thèse L. Brocolini, direction LRMTE avec co-encadrement ETIS et ENTPE).
D’autres travaux de recherche menés dans un contexte urbain ont considéré spécifiquement les usagers urbains malentendants (thèse de L. Saby, 2007). La déficience auditive concerne environ 10% de la population française et reste méconnue dans le cadre de l'approche de l'environnement sonore urbain. Ces travaux ont porté sur trois questions : quels sont les besoins spécifiques des sourds et malentendants au quotidien ? de quelle manière ces derniers perçoivent-ils l’environnement urbain ? quelles sont les solutions à apporter aux problèmes identifiés en s’appuyant sur les spécificités perceptives de ces personnes ? Grâce à des enquêtes préliminaires par entretiens semi-directifs, puis à deux enquêtes reposant sur les suivis de parcours et sur la diffusion d’un questionnaire à l’échelle nationale, un recensement hiérarchisé des situations de handicap liées à la déficience auditive a été proposé. Les parcours réalisés, associés à des mesures in situ, ont permis d’explorer les spécificités de l’appréhension de l’environnement sonore urbain par les déficients auditifs et dégager des solutions.
