0 dB 60 85 120 140 Confort Danger Douleur
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Chapitre 8 – Exercices – Propagation d'un signal sonore

Caractériser la propagation d'un signal sonore  |  Terminale Bac Pro ICCER (Grpt 1)

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Rappels du cours — formules essentielles

Relation entre vitesse, fréquence et longueur d'onde : \[v = \lambda \cdot f \quad \Longleftrightarrow \quad \lambda = \dfrac{v}{f}\] avec \(v \approx 340\text{ m/s}\) dans l'air à 20 °C, \(f\) en Hz, \(\lambda\) en m.

Relation période–fréquence : \[T = \dfrac{1}{f} \quad \Longleftrightarrow \quad f = \dfrac{1}{T}\]

Niveau sonore en décibels : \[L = 10 \cdot \log\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right) \quad \text{avec } I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\] → Si \(I = 10^{k} \cdot I_0\), alors \(L = 10k\) dB.

Retrouver I à partir de L : \[I = I_0 \times 10^{L/10}\]

Addition de sources identiques (n sources de même niveau L₁) : \[L_\text{total} = L_1 + 10 \cdot \log(n)\]

Atténuation géométrique — source ponctuelle : \[I = \dfrac{P}{4\pi d^2} \quad \Longrightarrow \quad I \propto \dfrac{1}{d^2}\] En niveau sonore : \(L_2 = L_1 - 20 \cdot \log\!\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)\)

Formule de Sabine (réverbération) : \[T_R = \dfrac{0{,}16 \times V}{A}\] avec \(V\) = volume de la salle (m³), \(A\) = surface absorbante équivalente (m²), \(T_R\) en secondes.

Exercices de base

Exercice 1 Calculer longueur d'onde et période — pas à pas Socle

Un son de fréquence \(f = 1\,000\text{ Hz}\) se propage dans l'air à \(v = 340\text{ m/s}\).

1. Compléter la formule puis calculer la longueur d'onde :

\[\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{\boxed{\phantom{340}}}{\boxed{\phantom{1\,000}}} = \boxed{\phantom{0{,}34}} \text{ m}\]

2. Compléter la formule puis calculer la période :

\[T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{\boxed{\phantom{1\,000}}} = \boxed{\phantom{0{,}001}} \text{ s}\]

3. Le domaine audible va de 20 Hz à 20 000 Hz. Entourer la bonne réponse :

1. \[\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{340}{1\,000} = \mathbf{0{,}34\text{ m}} = 34\text{ cm}\]

2. \[T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{1\,000} = \mathbf{1 \times 10^{-3}\text{ s}} = 1\text{ ms}\]

3. \(f = 1\,000\text{ Hz}\) est bien compris entre 20 Hz et 20 000 Hz : ce son est audible.

Exercice 2 Calculer un niveau sonore — QCM et calcul guidé Socle

On donne : \(I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\). Un son a une intensité \(I = 10^{-8}\text{ W/m}^2\).

1. Compléter le calcul du niveau sonore \(L\) :

\[L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right) = 10 \times \log\!\left(\dfrac{10^{-8}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log\!\left(10^{\boxed{\phantom{4}}}\right) = 10 \times \boxed{\phantom{4}} = \boxed{\phantom{40}} \text{ dB}\]

2. Ce niveau de 40 dB correspond environ à :

1. \[L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{10^{-8}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(10^{4}) = 10 \times 4 = \mathbf{40\text{ dB}}\]

2. 40 dB correspond a un appartement calme.

Exercice 3 Retrouver l'intensité à partir du niveau sonore — pas à pas Socle

Un son a un niveau sonore \(L = 80\text{ dB}\). On donne \(I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\).

1. Compléter le calcul :

\[I = I_0 \times 10^{L/10} = 10^{-12} \times 10^{\boxed{\phantom{80}}/10} = 10^{-12} \times 10^{\boxed{\phantom{8}}} = \boxed{\phantom{10^{-4}}} \text{ W/m}^2\]

2. À 40 dB, l'intensité vaut \(I = 10^{-8}\text{ W/m}^2\). À 80 dB, on vient de trouver \(I = 10^{-4}\text{ W/m}^2\).

Compléter : quand le niveau passe de 40 à 80 dB (il double), l'intensité est multipliée par :

\[\dfrac{10^{-4}}{10^{-8}} = \boxed{\phantom{10\,000}}\]

3. Entourer la bonne réponse : l'échelle des décibels est une échelle linéaire / logarithmique.

1. \[I = 10^{-12} \times 10^{80/10} = 10^{-12} \times 10^{8} = \mathbf{10^{-4}\text{ W/m}^2}\]

2. L'intensité est multipliée par \(\dfrac{10^{-4}}{10^{-8}} = \mathbf{10\,000}\). Doubler le niveau en dB ne double pas l'intensite !

3. L'echelle des decibels est une echelle logarithmique.

Exercice 4 Bruit d'un ventilateur — lecture et comparaison guidées Socle

Un technicien CVC relève les niveaux sonores de deux ventilateurs :

VentilateurNiveau sonore à 1 m
Modèle A55 dB
Modèle B70 dB

1. Quel ventilateur est le plus bruyant ?

2. La réglementation impose un maximum de 40 dB dans les bureaux. Compléter :

Le modèle A dépasse la limite de : \(55 - 40 = \boxed{\phantom{15}}\text{ dB}\).

Le modèle B dépasse la limite de : \(70 - 40 = \boxed{\phantom{30}}\text{ dB}\).

3. Les deux ventilateurs nécessitent-ils un silencieux acoustique ?

1. Le modèle B (70 dB) est le plus bruyant.

2. Le modèle A dépasse de 15 dB ; le modèle B dépasse de 30 dB.

3. Oui, les deux ventilateurs dépassent la limite de 40 dB en bureau. Ils nécessitent tous les deux un silencieux acoustique ou un éloignement suffisant.

Exercice 5 Vitesse du son dans différents milieux — lecture de tableau Socle

La vitesse du son dépend du milieu de propagation :

MilieuVitesse du son (m/s)
Air (20 °C)340
Eau1 500
Acier5 000
Cuivre (tuyauterie)3 700

1. Dans quel milieu le son se propage-t-il le plus vite ?

2. Un technicien chauffagiste frappe sur une tuyauterie en acier de 50 m de long. Compléter le calcul du temps mis par le son pour parcourir cette distance :

\[t = \dfrac{d}{v} = \dfrac{\boxed{\phantom{50}}}{\boxed{\phantom{5\,000}}} = \boxed{\phantom{0{,}01}} \text{ s}\]

3. Le son se propage-t-il plus vite dans l'air ou dans la tuyauterie ? Entourer la bonne réponse.

1. Le son se propage le plus vite dans l'acier (5 000 m/s).

2. \[t = \dfrac{50}{5\,000} = \mathbf{0{,}01\text{ s}} = 10\text{ ms}\]

3. Le son se propage bien plus vite dans la tuyauterie (acier : 5 000 m/s) que dans l'air (340 m/s). C'est pourquoi on entend les bruits de tuyauterie avant le bruit aérien.

Exercice 6 Domaine audible — classer des sons Socle

Le domaine audible pour l'oreille humaine va de 20 Hz à 20 000 Hz. En dessous de 20 Hz, on parle d'infrasons ; au-dessus de 20 000 Hz, d'ultrasons.

1. Compléter le tableau en cochant la bonne case :

SonFréquenceInfrasonAudibleUltrason
Vibration d'un compresseur12 Hz
Alarme incendie3 000 Hz
Sifflement d'une chaudière8 000 Hz
Capteur de présence à ultrasons40 000 Hz
Note grave d'un tuyau d'orgue16 Hz

2. Les vibrations d'un compresseur à 12 Hz peuvent-elles être entendues ? Peuvent-elles être ressenties par le corps ?

1.

SonFréquenceCatégorie
Vibration d'un compresseur12 HzInfrason (12 < 20)
Alarme incendie3 000 HzAudible
Sifflement d'une chaudière8 000 HzAudible
Capteur de présence40 000 HzUltrason (40 000 > 20 000)
Note grave d'un tuyau d'orgue16 HzInfrason (16 < 20)

2. Les vibrations à 12 Hz ne sont pas audibles (infrasons), mais elles peuvent être ressenties physiquement sous forme de vibrations dans le corps, notamment dans la poitrine. Cela peut provoquer une gêne sur les chantiers.

Exercice 7 Échelle des décibels — associer bruits et niveaux Socle

Un installateur thermique travaille dans différents environnements. Voici des niveaux sonores courants :

EnvironnementNiveau sonore (dB)
Chambre calme la nuit20 dB
Bureau climatisé45 dB
Conversation normale60 dB
Perceuse à béton100 dB
Seuil de douleur120 dB

1. À partir de quel niveau sonore des protections auditives sont-elles obligatoires sur un chantier ? Entourer : 80 dB / 85 dB / 100 dB

2. La perceuse à béton dépasse-t-elle ce seuil ? Le technicien doit-il porter des bouchons d'oreilles ?

3. Un climatiseur mural émet 38 dB. Compléter : ce climatiseur est plus bruyant / moins bruyant qu'un bureau climatisé (45 dB).

1. Les protections auditives sont obligatoires à partir de 85 dB.

2. La perceuse à béton (100 dB) dépasse largement 85 dB : le technicien doit obligatoirement porter des bouchons d'oreilles ou un casque antibruit.

3. Le climatiseur (38 dB) est moins bruyant qu'un bureau climatisé (45 dB).

Exercice 8 Addition de deux machines identiques — calcul guidé Socle

Deux pompes à chaleur identiques émettent chacune un niveau sonore de \(L_1 = 60\text{ dB}\).

Formule pour n sources identiques : \(L_\text{total} = L_1 + 10 \times \log(n)\)

On donne : \(\log(2) = 0{,}301\).

1. Compléter le calcul pour \(n = 2\) pompes :

\[L_\text{total} = 60 + 10 \times \log(\boxed{\phantom{2}}) = 60 + 10 \times \boxed{\phantom{0{,}301}} = 60 + \boxed{\phantom{3}} = \boxed{\phantom{63}} \text{ dB}\]

2. Le niveau total est-il le double de 60 dB (= 120 dB) ? Entourer : Oui / Non

3. Compléter : ajouter une deuxième source identique augmente le niveau de \(\boxed{\phantom{3}}\) dB.

1. \[L_\text{total} = 60 + 10 \times \log(2) = 60 + 10 \times 0{,}301 = 60 + 3{,}01 \approx \mathbf{63\text{ dB}}\]

2. Non. On ne peut pas additionner directement les décibels : \(60 + 60 \neq 120\text{ dB}\). L'échelle des décibels est logarithmique.

3. Ajouter une deuxième source identique augmente le niveau de 3 dB seulement.

Exercice 9 Lire un oscillogramme — période et fréquence Socle

Sur un oscilloscope, un technicien observe le signal sonore capté par un microphone placé près d'un ventilateur. Le signal est périodique et on lit :

1. Compléter : la période du signal est \(T = \dfrac{10\text{ ms}}{\boxed{\phantom{5}}} = \boxed{\phantom{2}} \text{ ms}\).

2. Convertir la période en secondes : \(T = \boxed{\phantom{2 \times 10^{-3}}} \text{ s}\).

3. Calculer la fréquence :

\[f = \dfrac{1}{T} = \dfrac{1}{\boxed{\phantom{2 \times 10^{-3}}}} = \boxed{\phantom{500}} \text{ Hz}\]

4. Ce son est-il audible (20 Hz – 20 000 Hz) ? Est-il grave ou aigu ?

1. \(T = \dfrac{10}{5} = \mathbf{2\text{ ms}}\).

2. \(T = 2\text{ ms} = \mathbf{2 \times 10^{-3}\text{ s}}\).

3. \[f = \dfrac{1}{2 \times 10^{-3}} = \mathbf{500\text{ Hz}}\]

4. 500 Hz est compris entre 20 Hz et 20 000 Hz : ce son est audible. C'est un son de fréquence moyenne (ni grave ni aigu), comparable à une voix parlée.

Exercices d'application

Exercice 10 Calculer longueur d'onde et période d'un son Standard

Un son de fréquence \(f = 1\,000\text{ Hz}\) se propage dans l'air à \(v = 340\text{ m/s}\).

1. Calculer la longueur d'onde \(\lambda\) de ce son.

2. Calculer la période \(T\) de ce son.

3. Ce son de 1 000 Hz est-il audible pour l'oreille humaine (domaine : 20 Hz à 20 000 Hz) ?

1. \[\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{340}{1\,000} = \mathbf{0{,}34\text{ m}} = 34\text{ cm}\]

2. \[T = \dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{1\,000} = \mathbf{1 \times 10^{-3}\text{ s}} = 1\text{ ms}\]

3. \(f = 1\,000\text{ Hz}\) est bien compris entre 20 Hz et 20 000 Hz : ce son est parfaitement audible. C'est une fréquence à laquelle l'oreille humaine est très sensible.

Exercice 11 Calculer un niveau sonore et retrouver l'intensité Standard

On donne : \(I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\).

1. Un son a une intensité \(I = 10^{-8}\text{ W/m}^2\). Calculer le niveau sonore \(L\) en dB.

2. À quel type de bruit courant correspond ce niveau (conversation normale ~ 60 dB, moteur tondeuse ~ 90 dB, seuil de danger ~ 120 dB) ?

3. Un autre son a un niveau sonore \(L = 80\text{ dB}\). Calculer l'intensité \(I\) en W/m² à l'aide de la formule \(I = I_0 \times 10^{L/10}\).

4. Comparer les deux intensités (40 dB et 80 dB). Le niveau a doublé : l'intensité a-t-elle simplement doublé ? Conclure sur l'échelle décibel.

1. \[L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{10^{-8}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(10^{4}) = 10 \times 4 = \mathbf{40\text{ dB}}\]

2. 40 dB correspond à une ambiance calme, comme une bibliothèque ou un appartement silencieux.

3. \[I = 10^{-12} \times 10^{80/10} = 10^{-12} \times 10^{8} = \mathbf{10^{-4}\text{ W/m}^2}\]

4. Le niveau a doublé (40 → 80 dB), mais l'intensité a été multipliée par \(\dfrac{10^{-4}}{10^{-8}} = 10\,000\). L'échelle décibel est logarithmique, pas linéaire. +10 dB correspond à une intensité multipliée par 10.

Exercice 12 Addition de sources sonores identiques Standard

Deux sources sonores identiques émettent chacune un niveau sonore \(L_1 = 70\text{ dB}\).
Formule pour n sources identiques : \(L_\text{total} = L_1 + 10 \cdot \log(n)\)

Méthode : Cette formule s'applique uniquement à des sources identiques. On ne peut pas additionner directement les niveaux en dB : 70 + 70 ≠ 140 dB !

1. Calculer le niveau total \(L_\text{total}\) pour \(n = 2\) sources.

2. Calculer le niveau total pour \(n = 4\) sources.

3. Que se passe-t-il lorsqu'on double le nombre de sources ? Quelle augmentation en dB cela provoque-t-il ?

4. Combien de sources faudrait-il pour obtenir un niveau total de 80 dB ?

1. \(n = 2\) : \[L_\text{total} = 70 + 10 \times \log(2) = 70 + 10 \times 0{,}301 = 70 + 3{,}01 \approx \mathbf{73\text{ dB}}\]

2. \(n = 4\) : \[L_\text{total} = 70 + 10 \times \log(4) = 70 + 10 \times 0{,}602 = 70 + 6{,}02 \approx \mathbf{76\text{ dB}}\]

3. Doubler le nombre de sources ajoute toujours \(10 \times \log(2) \approx \mathbf{3\text{ dB}}\).

4. On cherche n tel que \(L_\text{total} = 80\text{ dB}\) : \[80 = 70 + 10 \times \log(n) \Rightarrow \log(n) = 1 \Rightarrow n = 10\] Il faudrait 10 sources identiques de 70 dB.

Exercice 13 Atténuation avec la distance — source ponctuelle Standard

Une source sonore ponctuelle émet une puissance acoustique \(P = 0{,}1\text{ W}\).
Formule de l'intensité : \(I = \dfrac{P}{4\pi d^2}\)  |  \(L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\) avec \(I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\)

1. Calculer l'intensité \(I\) à \(d = 1\text{ m}\), puis à \(d = 2\text{ m}\), puis à \(d = 10\text{ m}\).

2. Calculer le niveau sonore \(L\) en dB pour chacune de ces trois distances.

3. Vérifier que doubler la distance diminue \(L\) d'environ 6 dB. Justifier ce résultat.

1.
À \(d = 1\text{ m}\) : \(I_1 = \dfrac{0{,}1}{4\pi \times 1^2} \approx \mathbf{7{,}96 \times 10^{-3}\text{ W/m}^2}\)
À \(d = 2\text{ m}\) : \(I_2 = \dfrac{0{,}1}{4\pi \times 4} \approx \mathbf{1{,}99 \times 10^{-3}\text{ W/m}^2}\) (\(I_2 = I_1/4\))
À \(d = 10\text{ m}\) : \(I_{10} = \dfrac{0{,}1}{4\pi \times 100} \approx \mathbf{7{,}96 \times 10^{-5}\text{ W/m}^2}\)

2.
\(L_1 \approx \mathbf{99\text{ dB}}\)  |  \(L_2 \approx \mathbf{93\text{ dB}}\)  |  \(L_{10} \approx \mathbf{79\text{ dB}}\)

3. De \(d = 1\text{ m}\) à \(d = 2\text{ m}\) : \(99 - 93 = 6\text{ dB}\). Doubler la distance divise l'intensité par 4, soit \(-10 \times \log(4) = -6\text{ dB}\).

Exercice 14 Bruit de chantier — respect du seuil réglementaire Standard

Un chantier de travaux produit un bruit de \(L_1 = 95\text{ dB}\) à \(d_1 = 1\text{ m}\).
La réglementation impose un niveau maximal de 85 dB à \(d_2 = 10\text{ m}\) du chantier.
Loi d'atténuation : \(L_2 = L_1 - 20 \times \log\!\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)\)

1. Calculer l'intensité \(I_1\) à 1 m à partir de \(L_1 = 95\text{ dB}\).

2. En appliquant \(I \propto 1/d^2\), calculer l'intensité \(I_2\) à 10 m.

3. Calculer le niveau sonore \(L_2\) à 10 m. Le seuil de 85 dB est-il respecté ?

4. Vérifier avec la formule \(L_2 = L_1 - 20 \times \log(d_2/d_1)\).

1. \[I_1 = 10^{-12} \times 10^{95/10} = 10^{-12} \times 10^{9{,}5} \approx \mathbf{3{,}16 \times 10^{-3}\text{ W/m}^2}\]

2. Distance multipliée par 10 → intensité divisée par 100 : \[I_2 = \dfrac{3{,}16 \times 10^{-3}}{100} = \mathbf{3{,}16 \times 10^{-5}\text{ W/m}^2}\]

3. \[L_2 = 10 \times \log\!\left(\dfrac{3{,}16 \times 10^{-5}}{10^{-12}}\right) = 10 \times 7{,}5 = \mathbf{75\text{ dB}}\] 75 dB < 85 dB → seuil respecté.

4. \(L_2 = 95 - 20 \times \log(10) = 95 - 20 = \mathbf{75\text{ dB}}\) ✓

Exercices contextualisés — Installation thermique

Exercice 15 CTA et silencieux acoustique Standard

Un technicien CVC installe une centrale de traitement d'air (CTA) pour la ventilation d'un bâtiment tertiaire. Le ventilateur de la CTA émet un bruit de \(L_\text{source} = 85\text{ dB}\) à 1 m.
Les locaux traités exigent un niveau maximal de 40 dB.
Un silencieux est installé en gaine ; il réduit le niveau de 30 dB.
Loi d'atténuation : \(L(d) = L_1 - 20 \times \log(d)\)

1. Calculer le niveau après le silencieux : \(L_\text{après} = L_\text{source} - 30\text{ dB}\). Ce niveau est-il suffisant pour respecter les 40 dB dans les locaux ?

2. Sans silencieux, à quelle distance minimale \(d\) le niveau atteint-il 40 dB ?

3. Avec le silencieux (niveau réduit à 55 dB à 1 m), à quelle distance le niveau atteint-il 40 dB ? Conclure sur l'utilité du silencieux.

1. \[L_\text{après} = 85 - 30 = \mathbf{55\text{ dB}}\] 55 dB > 40 dB → le silencieux seul ne suffit pas à la sortie de gaine.

2. Sans silencieux : \[40 = 85 - 20 \times \log(d) \Rightarrow \log(d) = 2{,}25 \Rightarrow d = 10^{2{,}25} \approx \mathbf{178\text{ m}}\] Irréaliste dans un bâtiment.

3. Avec silencieux : \[40 = 55 - 20 \times \log(d) \Rightarrow \log(d) = 0{,}75 \Rightarrow d = 10^{0{,}75} \approx \mathbf{5{,}6\text{ m}}\] Conclusion : le silencieux est indispensable ; il réduit d'un facteur ~32 la distance nécessaire.

Exercice 16 Longueur d'onde dans différents milieux Standard

Un son de fréquence \(f = 500\text{ Hz}\) se propage dans l'air (\(v_\text{air} = 340\text{ m/s}\)) puis dans l'eau d'un circuit de chauffage (\(v_\text{eau} = 1\,500\text{ m/s}\)).

1. Calculer la longueur d'onde \(\lambda_\text{air}\) dans l'air.

2. Calculer la longueur d'onde \(\lambda_\text{eau}\) dans l'eau.

3. La fréquence change-t-elle lorsque le son passe de l'air à l'eau ? Justifier.

4. Comparer les deux longueurs d'onde. Dans quel milieu le son a-t-il la plus grande longueur d'onde ? Pourquoi ?

1. \[\lambda_\text{air} = \dfrac{v_\text{air}}{f} = \dfrac{340}{500} = \mathbf{0{,}68\text{ m}}\]

2. \[\lambda_\text{eau} = \dfrac{v_\text{eau}}{f} = \dfrac{1\,500}{500} = \mathbf{3\text{ m}}\]

3. La fréquence ne change pas lors du changement de milieu. C'est une caractéristique de la source, pas du milieu de propagation.

4. \(\lambda_\text{eau} = 3\text{ m} > \lambda_\text{air} = 0{,}68\text{ m}\). La longueur d'onde est plus grande dans l'eau car le son y est plus rapide : \(\lambda = v/f\), donc à fréquence constante, une vitesse plus grande donne une longueur d'onde plus grande.

Exercice 17 Bruit d'un groupe extérieur de climatisation Standard

Un technicien climatisation installe un groupe extérieur qui émet un niveau sonore \(L_1 = 62\text{ dB}\) à \(d_1 = 1\text{ m}\). Le voisin le plus proche se trouve à \(d_2 = 4\text{ m}\).
Loi d'atténuation : \(L_2 = L_1 - 20 \times \log\!\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)\)
On donne : \(\log(4) = 0{,}602\).

1. Calculer le niveau sonore \(L_2\) perçu par le voisin à 4 m.

2. La réglementation impose une émergence maximale de 5 dB le jour par rapport au bruit ambiant de 35 dB. Calculer le niveau maximal autorisé.

3. Le groupe extérieur respecte-t-il la réglementation ? Calculer la réduction nécessaire.

4. On installe un écran acoustique apportant une atténuation de 12 dB. Le nouveau niveau respecte-t-il la norme ?

1. \[L_2 = 62 - 20 \times \log(4) = 62 - 20 \times 0{,}602 = 62 - 12 = \mathbf{50\text{ dB}}\]

2. Niveau maximal autorisé : \(35 + 5 = \mathbf{40\text{ dB}}\).

3. 50 dB > 40 dB : la réglementation n'est pas respectée. Réduction nécessaire : \(50 - 40 = \mathbf{10\text{ dB}}\).

4. Avec l'écran : \(50 - 12 = \mathbf{38\text{ dB}}\). 38 dB < 40 dB : la réglementation est respectée avec 2 dB de marge.

Exercice 18 Période et fréquence d'un signal — conversions Standard

Compléter le tableau suivant en utilisant la relation \(f = 1/T\) :

SignalPériode TFréquence fLongueur d'onde \(\lambda\)
Son grave d'une ventilation10 ms??
Alarme incendie?3 150 Hz?
Son aigu d'un compresseur0,25 ms??

On prendra \(v = 340\text{ m/s}\).

1. Calculer la fréquence et la longueur d'onde pour chaque signal.

2. Classer ces trois sons du plus grave au plus aigu.

3. Le son le plus aigu est-il toujours audible ? Justifier.

1.

SignalPériode TFréquence fLongueur d'onde \(\lambda\)
Son grave ventilation10 ms = 0,01 s\(\mathbf{100\text{ Hz}}\)\(\mathbf{3{,}4\text{ m}}\)
Alarme incendie\(\mathbf{3{,}17 \times 10^{-4}\text{ s}}\)3 150 Hz\(\mathbf{0{,}108\text{ m}}\)
Son aigu compresseur0,25 ms = 2,5 × 10⁻⁴ s\(\mathbf{4\,000\text{ Hz}}\)\(\mathbf{0{,}085\text{ m}}\)

2. Du plus grave au plus aigu : ventilation (100 Hz) → alarme (3 150 Hz) → compresseur (4 000 Hz).

3. Le son le plus aigu a une fréquence de 4 000 Hz, bien en dessous de 20 000 Hz : il est parfaitement audible. C'est d'ailleurs une fréquence à laquelle l'oreille est très sensible.

Exercice 19 EPI auditifs — choix de protection Standard

Un plombier chauffagiste travaille dans une chaufferie où le bruit atteint 98 dB. Il dispose de deux types de protections auditives :

ProtectionAtténuation
Bouchons mousse-20 dB
Casque antibruit-30 dB

1. Calculer le niveau perçu avec les bouchons mousse.

2. Calculer le niveau perçu avec le casque antibruit.

3. La durée d'exposition maximale recommandée dépend du niveau :

Niveau (dB)8588919497100
Durée max (h)84210,50,25

Le technicien doit travailler 6 heures dans la chaufferie. Quelle protection doit-il choisir ? Justifier.

1. Avec les bouchons : \(98 - 20 = \mathbf{78\text{ dB}}\).

2. Avec le casque : \(98 - 30 = \mathbf{68\text{ dB}}\).

3. Avec les bouchons (78 dB), le niveau est inférieur à 85 dB : la durée maximale est de 8 heures. 6 h < 8 h → les bouchons suffisent.
Avec le casque (68 dB), la durée est encore plus longue.
Conclusion : les bouchons mousse sont suffisants pour une exposition de 6 heures. Le casque antibruit offre cependant un meilleur confort et une marge de sécurité plus grande.

Exercice 20 Intensité sonore d'un brûleur de chaudière Standard

Le brûleur d'une chaudière à gaz émet une puissance acoustique \(P = 2 \times 10^{-3}\text{ W}\).
On considère le brûleur comme une source ponctuelle.
Formules : \(I = \dfrac{P}{4\pi d^2}\)  |  \(L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\) avec \(I_0 = 10^{-12}\text{ W/m}^2\)

1. Calculer l'intensité sonore \(I\) à \(d = 0{,}5\text{ m}\) (position du technicien).

2. En déduire le niveau sonore \(L\) en dB à cette distance.

3. Le technicien doit-il porter des protections auditives (seuil : 85 dB) ?

4. À quelle distance \(d\) le niveau passe-t-il en dessous de 85 dB ?

1. \[I = \dfrac{2 \times 10^{-3}}{4\pi \times (0{,}5)^2} = \dfrac{2 \times 10^{-3}}{4\pi \times 0{,}25} = \dfrac{2 \times 10^{-3}}{3{,}14} \approx \mathbf{6{,}37 \times 10^{-4}\text{ W/m}^2}\]

2. \[L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{6{,}37 \times 10^{-4}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(6{,}37 \times 10^{8}) = 10 \times 8{,}80 \approx \mathbf{88\text{ dB}}\]

3. 88 dB > 85 dB : oui, le technicien doit porter des protections auditives.

4. On cherche \(d\) tel que \(L = 85\text{ dB}\), soit \(I = 10^{-12} \times 10^{8{,}5} = 3{,}16 \times 10^{-4}\text{ W/m}^2\). \[d = \sqrt{\dfrac{P}{4\pi I}} = \sqrt{\dfrac{2 \times 10^{-3}}{4\pi \times 3{,}16 \times 10^{-4}}} = \sqrt{\dfrac{2 \times 10^{-3}}{3{,}97 \times 10^{-3}}} = \sqrt{0{,}504} \approx \mathbf{0{,}71\text{ m}}\] Au-delà de 71 cm, le niveau passe sous les 85 dB.

Exercice 21 Réverbération d'un local technique — formule de Sabine Standard

Un local technique de chaufferie a un volume \(V = 80\text{ m}^3\). Ses murs sont en béton brut avec une surface absorbante équivalente \(A = 8\text{ m}^2\).
Formule de Sabine : \(T_R = \dfrac{0{,}16 \times V}{A}\)

1. Calculer le temps de réverbération \(T_R\) du local.

2. Pour un local technique, le temps de réverbération recommandé est \(T_R \leq 0{,}8\text{ s}\). Le local est-il conforme ?

3. On pose des panneaux absorbants au plafond, ajoutant 10 m² de surface absorbante. Calculer le nouveau temps de réverbération.

4. Le local est-il conforme après traitement ?

1. \[T_R = \dfrac{0{,}16 \times 80}{8} = \dfrac{12{,}8}{8} = \mathbf{1{,}6\text{ s}}\]

2. \(1{,}6 > 0{,}8\) : le local est non conforme, la réverbération est trop importante.

3. Nouvelle surface absorbante : \(A' = 8 + 10 = 18\text{ m}^2\). \[T_R' = \dfrac{0{,}16 \times 80}{18} = \dfrac{12{,}8}{18} \approx \mathbf{0{,}71\text{ s}}\]

4. \(0{,}71 < 0{,}8\) : le local est conforme après traitement. Les panneaux absorbants ont divisé le temps de réverbération par plus de 2.

Exercices approfondis

Exercice 22 PAC en toiture — réglementation de voisinage Approfondissement

Un installateur de pompes à chaleur pose une PAC air/air en toiture d'un immeuble. La PAC émet un niveau sonore de \(L_1 = 65\text{ dB}\) à \(d_1 = 1\text{ m}\).
La réglementation impose un niveau maximal de 35 dB à la limite de propriété, à \(d = 5\text{ m}\).
Loi d'atténuation : \(L_2 = L_1 - 20 \times \log\!\left(\dfrac{d_2}{d_1}\right)\)

1. Calculer le niveau sonore \(L\) à \(d = 5\text{ m}\).

2. Ce niveau respecte-t-il la réglementation (35 dB) ? Calculer l'atténuation supplémentaire nécessaire.

3. Un capot absorbant réduit le niveau à la source de 20 dB (nouveau niveau à 1 m = 45 dB). Recalculer le niveau à 5 m. La réglementation est-elle respectée ?

4. Proposer deux autres solutions techniques pour réduire le bruit d'une PAC en toiture.

1. \[L(5\text{ m}) = 65 - 20 \times \log(5) = 65 - 20 \times 0{,}699 = 65 - 14 = \mathbf{51\text{ dB}}\]

2. 51 dB > 35 dB → la réglementation n'est pas respectée. Atténuation supplémentaire nécessaire : \(51 - 35 = \mathbf{16\text{ dB}}\).

3. Avec le capot : \(L'(5\text{ m}) = 45 - 14 = \mathbf{31\text{ dB}}\). 31 dB < 35 dB → réglementation respectée avec 4 dB de marge.

4. Autres solutions :
Anti-vibratoires (silent-blocs) sous la PAC pour réduire la transmission du bruit solide.
Silencieux sur les conduits d'air (plenums acoustiques).
Orientation de la PAC vers une zone sans voisinage sensible.

Exercice 23 Réverbération dans une salle — formule de Sabine Approfondissement

Un technicien thermique intervient dans une salle de réunion d'un bâtiment tertiaire pour optimiser le traitement acoustique.
Données : volume \(V = 200\text{ m}^3\), surface absorbante équivalente actuelle \(A = 50\text{ m}^2\).
Formule de Sabine : \(T_R = \dfrac{0{,}16 \times V}{A}\)

1. Calculer le temps de réverbération actuel \(T_R\).

2. Un temps cible de \(T_R = 0{,}5\text{ s}\) est recommandé. La salle est-elle trop réverbérante ou pas assez ?

3. Calculer la surface absorbante \(A_\text{cible}\) nécessaire pour atteindre \(T_R = 0{,}5\text{ s}\). En déduire la surface supplémentaire à installer.

1. \[T_R = \dfrac{0{,}16 \times 200}{50} = \dfrac{32}{50} = \mathbf{0{,}64\text{ s}}\]

2. \(0{,}64 > 0{,}5\) → la salle est trop réverbérante.

3. \[A_\text{cible} = \dfrac{0{,}16 \times 200}{0{,}5} = \dfrac{32}{0{,}5} = \mathbf{64\text{ m}^2}\] Surface supplémentaire : \(64 - 50 = \mathbf{14\text{ m}^2}\) de matériaux absorbants à ajouter.

Exercice 24 Étude acoustique complète d'une chaufferie Approfondissement
Situation professionnelle — Un technicien de maintenance énergétique réalise un diagnostic acoustique d'une chaufferie collective. La chaufferie contient 3 chaudières identiques, chacune émettant un niveau sonore de \(L_1 = 78\text{ dB}\) à 1 m.
La porte de la chaufferie donne sur un couloir desservant des logements. La réglementation impose un niveau inférieur à 30 dB dans les logements.
La distance de la source au logement le plus proche est de 8 m.
Données : \(\log(2) = 0{,}301\) ; \(\log(3) = 0{,}477\) ; \(\log(8) = 0{,}903\).

1. Calculer le niveau sonore total \(L_\text{total}\) produit par les 3 chaudières fonctionnant simultanément.

2. Calculer le niveau sonore à 8 m de la source (en utilisant la loi d'atténuation avec la distance).

3. La réglementation de 30 dB dans les logements est-elle respectée ? Calculer l'atténuation supplémentaire nécessaire.

4. On installe une porte acoustique apportant une isolation de 35 dB. Montrer que cette solution permet de respecter la réglementation. Calculer la marge obtenue.

5. Le technicien propose également de poser des manchons antivibratoires sur les tuyauteries. Expliquer en quoi cette mesure complémentaire est pertinente (distinguer bruit aérien et bruit solidien).

1. 3 sources identiques : \[L_\text{total} = L_1 + 10 \times \log(3) = 78 + 10 \times 0{,}477 = 78 + 4{,}8 \approx \mathbf{83\text{ dB}}\]

2. Atténuation à 8 m : \[L(8\text{ m}) = 83 - 20 \times \log(8) = 83 - 20 \times 0{,}903 = 83 - 18{,}1 \approx \mathbf{65\text{ dB}}\]

3. 65 dB > 30 dB → la réglementation n'est pas respectée. Atténuation supplémentaire nécessaire : \(65 - 30 = \mathbf{35\text{ dB}}\).

4. Avec la porte acoustique (-35 dB) : \[L_\text{logement} = 65 - 35 = \mathbf{30\text{ dB}}\] 30 dB \(\leq\) 30 dB → la réglementation est juste respectée, avec une marge de 0 dB. En pratique, on recommande une marge de sécurité, donc cette solution est limite.

5. Les manchons antivibratoires réduisent le bruit solidien (vibrations transmises par les tuyauteries au bâti), distinct du bruit aérien (propagation dans l'air) traité par la porte acoustique. Sans manchons, les vibrations des chaudières se propagent dans les murs et les planchers jusqu'aux logements, contournant la porte acoustique. Les deux mesures sont complémentaires.

Exercice 25 Nuisances sonores — comparaison de pompes à chaleur (type BTS) Approfondissement
Situation professionnelle — Un installateur de pompes à chaleur doit choisir entre deux modèles pour l'installation en toiture-terrasse d'un bâtiment de bureaux. Le cahier des charges impose un niveau sonore inférieur à 45 dB à 3 m de la PAC (terrasse accessible) et inférieur à 35 dB à 15 m (limite de propriété).
ModèlePuissance acoustique \(P\) (W)Fréquence principale (Hz)
PAC Alpha\(5 \times 10^{-4}\)250
PAC Beta\(2 \times 10^{-4}\)800

Formules : \(I = \dfrac{P}{4\pi d^2}\)  |  \(L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\)  |  \(\lambda = v / f\) avec \(v = 340\text{ m/s}\).

1. Pour chaque modèle, calculer l'intensité sonore et le niveau en dB à \(d = 3\text{ m}\) puis à \(d = 15\text{ m}\).

2. Déterminer quel(s) modèle(s) respecte(nt) le cahier des charges aux deux distances.

3. Calculer la longueur d'onde du son émis par chaque modèle. En déduire lequel produit un son plus aigu.

4. En pratique, les sons aigus sont davantage atténués par les obstacles (murs, écrans). Rédiger un avis technique argumenté sur le choix du modèle, en intégrant les résultats des questions précédentes et les caractéristiques fréquentielles.

1. PAC Alpha :
À 3 m : \(I = \dfrac{5 \times 10^{-4}}{4\pi \times 9} = \dfrac{5 \times 10^{-4}}{113{,}1} \approx 4{,}42 \times 10^{-6}\text{ W/m}^2\)
\(L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{4{,}42 \times 10^{-6}}{10^{-12}}\right) = 10 \times 6{,}645 \approx \mathbf{66{,}5\text{ dB}}\)
À 15 m : \(I = \dfrac{5 \times 10^{-4}}{4\pi \times 225} \approx 1{,}77 \times 10^{-7}\text{ W/m}^2\)
\(L \approx 10 \times 5{,}248 \approx \mathbf{52{,}5\text{ dB}}\)

PAC Beta :
À 3 m : \(I = \dfrac{2 \times 10^{-4}}{113{,}1} \approx 1{,}77 \times 10^{-6}\text{ W/m}^2\)
\(L \approx 10 \times 6{,}248 \approx \mathbf{62{,}5\text{ dB}}\)
À 15 m : \(I \approx 7{,}07 \times 10^{-8}\text{ W/m}^2\)
\(L \approx 10 \times 4{,}85 \approx \mathbf{48{,}5\text{ dB}}\)

2. Cahier des charges : < 45 dB à 3 m et < 35 dB à 15 m.
— PAC Alpha : 66,5 dB à 3 m et 52,5 dB à 15 m → ne respecte aucun critère.
— PAC Beta : 62,5 dB à 3 m et 48,5 dB à 15 m → ne respecte aucun critère non plus.
Aucun modèle seul ne respecte le cahier des charges : un traitement acoustique complémentaire est indispensable.

3. \(\lambda_\text{Alpha} = 340 / 250 = \mathbf{1{,}36\text{ m}}\)  |  \(\lambda_\text{Beta} = 340 / 800 = \mathbf{0{,}425\text{ m}}\).
La PAC Beta produit un son plus aigu (fréquence plus élevée, longueur d'onde plus courte).

4. Avis technique : La PAC Beta est préférable pour deux raisons : (1) sa puissance acoustique est 2,5 fois plus faible, ce qui réduit les niveaux à toutes les distances ; (2) son son aigu (800 Hz) est davantage atténué par les obstacles urbains (murs, écrans acoustiques, végétation) que le son grave (250 Hz) de la PAC Alpha. Cependant, un capot absorbant ou un écran acoustique reste indispensable pour respecter le cahier des charges. On recommande la PAC Beta avec un écran absorbant apportant au moins 18 dB d'atténuation à 3 m.

Exercice 26 Isolation phonique d'un local technique — étude complète Approfondissement
Situation professionnelle — Un technicien de maintenance énergétique doit isoler acoustiquement un local technique contenant une chaudière à condensation et un circulateur. Le local est situé au sous-sol d'un immeuble d'habitation. Le bruit dans le local est de 75 dB. La réglementation impose un niveau inférieur à 30 dB dans les logements situés au-dessus.

Données : le plancher entre le local et le logement a un indice d'affaiblissement acoustique \(R = 40\text{ dB}\).
On donne : \(\log(2) = 0{,}301\) ; \(\log(5) = 0{,}699\).

1. Le niveau transmis à travers le plancher est \(L_\text{transmis} = L_\text{source} - R\). Calculer \(L_\text{transmis}\).

2. La réglementation est-elle respectée ? Calculer l'atténuation supplémentaire nécessaire.

3. On ajoute un faux plafond suspendu avec laine minérale, apportant \(R_\text{supp} = 10\text{ dB}\). Calculer le nouveau niveau transmis.

4. Le circulateur transmet des vibrations aux tuyauteries (bruit solidien). Expliquer pourquoi le faux plafond seul ne suffit pas à traiter ce type de bruit. Proposer une solution complémentaire.

1. \[L_\text{transmis} = 75 - 40 = \mathbf{35\text{ dB}}\]

2. 35 dB > 30 dB : la réglementation n'est pas respectée. Atténuation supplémentaire nécessaire : \(35 - 30 = \mathbf{5\text{ dB}}\).

3. Avec le faux plafond : \(L = 75 - 40 - 10 = \mathbf{25\text{ dB}}\). 25 dB < 30 dB : la réglementation est respectée avec 5 dB de marge.

4. Le faux plafond atténue le bruit aérien (propagation par l'air), mais le bruit solidien (vibrations du circulateur transmises par les tuyauteries et la structure du bâtiment) contourne ce traitement. Solution : installer des manchons antivibratoires (ou des raccords souples) sur les tuyauteries et des plots antivibratoires sous le circulateur pour découpler mécaniquement les sources de vibrations de la structure.

Exercice 27 Dimensionnement acoustique d'une VMC double flux Approfondissement
Situation professionnelle — Un installateur thermique dimensionne la VMC double flux d'un bâtiment tertiaire. Le ventilateur émet un niveau sonore de 72 dB à 1 m. Le cahier des charges impose un niveau maximal de 30 dB dans les bureaux. Deux silencieux sont disponibles : un modèle S1 (-25 dB) et un modèle S2 (-35 dB).

La distance entre le ventilateur et la bouche de soufflage la plus proche est de 6 m.
On donne : \(\log(6) = 0{,}778\).

1. Calculer le niveau sonore à 6 m sans silencieux en utilisant la loi d'atténuation géométrique.

2. Calculer le niveau à 6 m avec le silencieux S1, puis avec le silencieux S2.

3. Quel modèle de silencieux permet de respecter le cahier des charges ?

4. Le silencieux S2 coûte 3 fois plus cher que le S1. On peut aussi mettre deux silencieux S1 en série (les atténuations s'additionnent). Comparer les deux solutions (coût et performance). Rédiger une recommandation argumentée.

1. \[L(6\text{ m}) = 72 - 20 \times \log(6) = 72 - 20 \times 0{,}778 = 72 - 15{,}6 \approx \mathbf{56\text{ dB}}\]

2. Avec S1 : \(56 - 25 = \mathbf{31\text{ dB}}\).
Avec S2 : \(56 - 35 = \mathbf{21\text{ dB}}\).

3. S1 : 31 dB > 30 dB → ne respecte pas le cahier des charges (1 dB au-dessus).
S2 : 21 dB < 30 dB → respecte le cahier des charges avec 9 dB de marge.

4. Deux S1 en série : atténuation totale = 25 + 25 = 50 dB. Niveau : \(56 - 50 = 6\text{ dB}\). Coût = 2 × prix S1.
Un S2 : atténuation = 35 dB. Niveau : 21 dB. Coût = 3 × prix S1.
Recommandation : Les deux S1 en série sont plus performants (6 dB vs 21 dB) et moins chers (2 × vs 3 × le prix). Cependant, deux silencieux prennent plus de place en gaine. Si l'espace est suffisant, la solution deux S1 est préférable. Sinon, le S2 reste conforme.

Exercice 28 Cartographie sonore d'un chantier — sécurité des travailleurs Approfondissement
Situation professionnelle — Un chef de chantier doit établir une cartographie sonore pour définir les zones où les EPI auditifs sont obligatoires (seuil : 85 dB). Le chantier comporte deux sources de bruit :
— Source 1 : marteau-piqueur, \(L_1 = 110\text{ dB}\) à 1 m
— Source 2 : groupe électrogène, \(L_2 = 95\text{ dB}\) à 1 m
On donne : \(\log(2) = 0{,}301\) ; \(\log(3) = 0{,}477\) ; \(\log(5) = 0{,}699\).

1. Pour la source 1, calculer la distance \(d\) à laquelle le niveau tombe à 85 dB.

2. Pour la source 2, calculer la distance à laquelle le niveau tombe à 85 dB.

3. Un technicien chauffagiste travaille à 10 m du marteau-piqueur et à 5 m du groupe électrogène. Calculer le niveau de chaque source à sa position.

4. Pour estimer le niveau total, on additionne les intensités. Calculer les intensités \(I_1\) et \(I_2\) à la position du technicien, puis l'intensité totale \(I_\text{total}\), et enfin le niveau total \(L_\text{total}\). Le technicien doit-il porter des EPI ?

1. Source 1 : \(85 = 110 - 20 \times \log(d_1)\) \[\log(d_1) = \dfrac{110 - 85}{20} = 1{,}25 \Rightarrow d_1 = 10^{1{,}25} \approx \mathbf{17{,}8\text{ m}}\]

2. Source 2 : \(85 = 95 - 20 \times \log(d_2)\) \[\log(d_2) = \dfrac{95 - 85}{20} = 0{,}5 \Rightarrow d_2 = 10^{0{,}5} \approx \mathbf{3{,}16\text{ m}}\]

3. Source 1 à 10 m : \(L_1 = 110 - 20 \times \log(10) = 110 - 20 = \mathbf{90\text{ dB}}\).
Source 2 à 5 m : \(L_2 = 95 - 20 \times \log(5) = 95 - 14 = \mathbf{81\text{ dB}}\).

4. \[I_1 = 10^{-12} \times 10^{90/10} = 10^{-12} \times 10^9 = 10^{-3}\text{ W/m}^2\] \[I_2 = 10^{-12} \times 10^{81/10} = 10^{-12} \times 10^{8{,}1} \approx 1{,}26 \times 10^{-4}\text{ W/m}^2\] \[I_\text{total} = 10^{-3} + 1{,}26 \times 10^{-4} = 1{,}126 \times 10^{-3}\text{ W/m}^2\] \[L_\text{total} = 10 \times \log\!\left(\dfrac{1{,}126 \times 10^{-3}}{10^{-12}}\right) = 10 \times 9{,}05 \approx \mathbf{90{,}5\text{ dB}}\] 90,5 dB > 85 dB : le technicien doit porter des EPI auditifs. Le bruit est dominé par le marteau-piqueur (90 dB vs 81 dB pour le groupe).

Exercice 29 Acoustique d'une piscine couverte — Sabine et absorption Approfondissement
Situation professionnelle — Un ingénieur thermicien réalise le bilan acoustique du local technique d'une piscine couverte pour améliorer le confort des techniciens de maintenance. Le local contient les pompes de filtration et la PAC de chauffage de l'eau.

Données du local :
— Dimensions : 8 m × 5 m × 3 m
— Surface absorbante actuelle : \(A = 12\text{ m}^2\) (murs carrelés, sol béton)
— 4 pompes identiques émettant chacune 72 dB à 1 m
— Objectif : \(T_R \leq 0{,}6\text{ s}\) et niveau total < 85 dB à 2 m
On donne : \(\log(2) = 0{,}301\) ; \(\log(4) = 0{,}602\).

1. Calculer le volume du local et le temps de réverbération actuel (formule de Sabine).

2. Le temps de réverbération est-il conforme à l'objectif ?

3. Calculer la surface absorbante nécessaire pour atteindre \(T_R = 0{,}6\text{ s}\).

4. Calculer le niveau sonore total des 4 pompes fonctionnant ensemble, puis le niveau à 2 m du groupe de pompes.

5. La réduction du temps de réverbération (par ajout de matériaux absorbants) réduit-elle le niveau sonore direct ? Expliquer la différence entre champ direct et champ réverbéré.

1. \(V = 8 \times 5 \times 3 = \mathbf{120\text{ m}^3}\) \[T_R = \dfrac{0{,}16 \times 120}{12} = \dfrac{19{,}2}{12} = \mathbf{1{,}6\text{ s}}\]

2. \(1{,}6 > 0{,}6\) : le local est non conforme, la réverbération est bien trop élevée.

3. \[A_\text{cible} = \dfrac{0{,}16 \times 120}{0{,}6} = \dfrac{19{,}2}{0{,}6} = \mathbf{32\text{ m}^2}\] Surface à ajouter : \(32 - 12 = \mathbf{20\text{ m}^2}\) de matériaux absorbants.

4. 4 pompes identiques : \[L_\text{total} = 72 + 10 \times \log(4) = 72 + 6 = \mathbf{78\text{ dB}}\] À 2 m : \(L(2\text{ m}) = 78 - 20 \times \log(2) = 78 - 6 = \mathbf{72\text{ dB}}\). 72 dB < 85 dB : l'objectif est respecté.

5. Le traitement absorbant réduit le champ réverbéré (son réfléchi par les parois) mais pas le champ direct (son provenant directement de la source). Près des pompes, le champ direct domine : le traitement acoustique améliore principalement le confort à distance et la clarté sonore, mais ne diminue pas significativement le niveau sonore juste à côté des machines.

Exercice 30 Bilan acoustique global d'un bâtiment — synthèse (type BTS) Approfondissement
Situation professionnelle — Un technicien en énergies renouvelables réalise le bilan acoustique complet d'une installation de chauffage collectif comprenant :
— Une PAC air/eau en toiture : puissance acoustique \(P_\text{PAC} = 8 \times 10^{-4}\text{ W}\), fréquence dominante 160 Hz
— Un local technique au sous-sol avec 2 circulateurs identiques : chacun émet 65 dB à 1 m
La limite de propriété est à 12 m de la PAC. Le logement le plus proche est à 6 m au-dessous du local technique (avec un plancher d'affaiblissement \(R = 45\text{ dB}\)).
Réglementation : 30 dB en logement (nuit), 35 dB en limite de propriété.
On donne : \(\log(2) = 0{,}301\) ; \(\log(3) = 0{,}477\) ; \(\log(12) = 1{,}079\).

1. Calculer la longueur d'onde du son émis par la PAC dans l'air (\(v = 340\text{ m/s}\)). Ce son est-il grave ou aigu ?

2. Calculer l'intensité sonore de la PAC à 12 m, puis le niveau sonore correspondant. La réglementation en limite de propriété est-elle respectée ?

3. Calculer le niveau total des 2 circulateurs fonctionnant ensemble. Calculer le niveau transmis au logement à travers le plancher. La réglementation de nuit est-elle respectée ?

4. Le propriétaire envisage d'ajouter une deuxième PAC identique à côté de la première. Calculer le nouveau niveau total en limite de propriété. Commenter.

5. Rédiger une note technique synthétique (5-8 lignes) présentant les résultats et les préconisations pour rendre l'installation conforme si nécessaire.

1. \[\lambda = \dfrac{340}{160} = \mathbf{2{,}125\text{ m}}\] C'est un son grave (basse fréquence). Les sons graves sont plus difficiles à atténuer par des obstacles.

2. \[I = \dfrac{P}{4\pi d^2} = \dfrac{8 \times 10^{-4}}{4\pi \times 144} = \dfrac{8 \times 10^{-4}}{1\,810} \approx 4{,}42 \times 10^{-7}\text{ W/m}^2\] \[L = 10 \times \log\!\left(\dfrac{4{,}42 \times 10^{-7}}{10^{-12}}\right) = 10 \times \log(4{,}42 \times 10^5) = 10 \times 5{,}645 \approx \mathbf{56{,}5\text{ dB}}\] 56,5 dB > 35 dB : la réglementation en limite de propriété n'est pas respectée. Dépassement de 21,5 dB.

3. 2 circulateurs identiques : \[L_\text{total} = 65 + 10 \times \log(2) = 65 + 3 = \mathbf{68\text{ dB}}\] À travers le plancher : \(L_\text{transmis} = 68 - 45 = \mathbf{23\text{ dB}}\). 23 dB < 30 dB : la réglementation de nuit est respectée avec 7 dB de marge.

4. 2 PAC identiques : le niveau total à 12 m augmente de \(10 \times \log(2) = 3\text{ dB}\) : \[L_\text{2 PAC} = 56{,}5 + 3 = \mathbf{59{,}5\text{ dB}}\] Le dépassement passe de 21,5 à 24,5 dB. La situation s'aggrave de 3 dB seulement (échelle logarithmique), mais l'installation est toujours très largement non conforme.

5. Note technique : Le bilan acoustique révèle deux situations contrastées. Les circulateurs au sous-sol respectent la réglementation nocturne (23 dB transmis pour un seuil de 30 dB) grâce à l'affaiblissement du plancher. En revanche, la PAC en toiture génère 56,5 dB en limite de propriété, dépassant largement le seuil de 35 dB. L'ajout d'une deuxième PAC aggraverait la situation (+3 dB). Préconisations : installer un capot acoustique sur la PAC (atténuation minimale de 22 dB) et orienter l'unité vers une zone sans voisinage sensible. Compléter par un écran acoustique si nécessaire. Les sons graves (160 Hz) étant difficiles à atténuer, privilégier des matériaux absorbants basses fréquences.

À retenir — Propagation d'un signal sonore