Que sont la puissance acoustique et la pression acoustique ?

Relation entre puissance acoustique et pression acoustique

Pour comprendre la relation entre la puissance acoustique et la pression acoustique, une analogie très simple peut être établie avec la chaleur. 

Un radiateur électrique diffuse dans une pièce une énergie déterminée, ce qui augmente la température ambiante. La puissance du radiateur est indépendante de la pièce dans laquelle il se trouve. Néanmoins, la température de la pièce varie en fonction de la distance par rapport au radiateur ainsi que selon les caractéristiques de la pièce notamment ses dimensions et sa capacité d'absorption ou de transmission de chaleur au travers des murs et du sol.

La relation entre la puissance acoustique d'une source et les niveaux de pression acoustique dans une pièce est très similaire. L'énergie sonore émanant de la source augmente le niveau de pression acoustique dans la pièce. Le niveau de puissance acoustique est indépendant de la pièce mais, les niveaux de pression acoustique dépendent de la distance par rapport à la source et des caractéristiques propres l'endroit où elle se trouve. Notamment les dimensions de la pièce et la faculté des parois à réfléchir ou absorber le son.

Comme la pression acoustique, la puissance acoustique est généralement exprimée en décibels. Cela peut parfois prêter à confusion, particulièrement lorsque la valeur de référence est manquante. La valeur de référence pour les niveaux de pression acoustique est de 20 µPa, tandis que la valeur de référence pour les niveaux de puissance acoustique est de 1 pW.

Ces valeurs ont été choisies de telle sorte que, dans un champ parfaitement libre, à une distance où la surface de propagation est de 1m2, les niveaux de pression acoustique et de puissance acoustique sont identiques.

Pourquoi déterminer les niveaux de puissance acoustique ?

Connaître le niveau de puissance acoustique d'un appareil est extrêmement utile. Cela permet de comparer objectivement le niveau sonore de différents appareils, sans connaître l'environnement d'essais ni la distance à laquelle les mesures sont effectuées. Déterminer les niveaux de puissance acoustique est particulièrement important pour l'étiquetage des produits, pour définir les limites des émissions sonores des appareils et vérifier leur conformité.

Les niveaux de puissance acoustique étant indépendants de l'environnement sonore et de l'emplacement où les mesures sont effectuées, ils permettent également de calculer les niveaux de pression acoustique d'un appareil en fonction d'endroits spécifiques dans un contexte acoustique déterminé. 

Par exemple, un acousticien peut se baser sur le niveau de puissance acoustique d'une machine pour calculer le niveau de pression acoustique qu'elle générerait à proximité d'une habitation depuis l'endroit où elle est précisément installée. Il peut alors déterminer si les émissions sonores qui en résultent au niveau de l’habitation seront conformes aux normes en vigueur ou si un dispositif d'atténuation doit être mis en œuvre ou encore si le choix doit se porter sur un équipement différent, plus silencieux.

Comment la puissance acoustique est-elle mesurée ?

La puissance acoustique peut être déterminée grâce aux mesures de pression ou d'intensité acoustique.

Deux méthodes permettent de déterminer la puissance acoustique à partir des mesures de pression acoustique : la méthode directe et la méthode par comparaison. La méthode directe est généralement utilisée dans un environnement de champ libre, mais elle peut également être adoptée en cas de champ sonore réverbérant. En revanche, la méthode par comparaison ne concerne que les mesures dans les champs sonores réverbérant.

Dans la méthode directe, une surface fictive entourant l'appareil en test est définie, et des mesures de pression acoustique sont réalisées en plusieurs points de cette surface. Ces mesures du niveau de pression acoustique sont moyennées et corrigées en fonction de l'influence de l'environnement acoustique (notamment le bruit de fond).

Une fois que le niveau moyen de pression acoustique a été déterminé pour la surface de mesure. Le niveau de puissance sonore peut être calculé en ajustant simplement le rapport entre la surface de mesure et la surface de référence de 1 m2. C’est le point où le niveau de puissance acoustique est identique au niveau de pression acoustique.

La méthode par comparaison est un peu différente. Dans cette méthode, une source de référence avec un niveau de puissance acoustique connu et stable est utilisée. Les mesures de pression acoustique sont réalisées dans le local d’essai avec la source acoustique de référence et l’appareil testé en fonctionnement. Le niveau de puissance acoustique de l'appareil peut alors être calculé en comparant les niveaux de pression mesurés sur chaque source sonore.

Le processus permettant de déterminer la puissance acoustique à partir des mesures d'intensité acoustique est très similaire à la méthode directe utilisée pour les mesures de pression acoustique. Cependant, l'intensité acoustique étant une grandeur vectorielle moyennée dans le temps, la tolérance aux bruits de fond et à la réverbération est supérieure à celle des mesures basées sur la pression acoustique. Ainsi, une détermination de la puissance acoustique basée sur l'intensité acoustique est particulièrement bien adaptée aux mesures in situ.

Quelles normes utiliser ?

De nombreuses normes relatives à la détermination de la puissance acoustique couvrent les différents types de sources de bruit, les mesures réalisées selon les divers environnements acoustiques et les niveaux de précision requis. Une présentation détaillée des nombreuses normes en vigueur actuellement n'est pas l'objet de cet article ; néanmoins, voici un aperçu.

Pour commencer, il faut distinguer les "normes générales" et les « procédures d’essais acoustiques » Les normes spécifient les méthodes pour déterminer la puissance acoustique de tous les types de produits, dans divers environnements acoustiques et les niveaux de précision. Elles fournissent uniquement des recommandations générales sur les conditions de fonctionnement et d’installation de l'appareil en test. 

Les procédures d’essais, quant à elles, sont spécifiques à des types particuliers de sources de bruit et spécifient en détail les conditions de montage et de fonctionnement ainsi que la norme qui doit être utilisée. Généralement, si une procédure d’essai existe pour un appareil, il convient de l’utiliser.

Si aucune procédure n'est applicable, il faut se référer à la norme générale. ISO 3740: 2019 (fr) Acoustique — Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit — Lignes directrices pour l'utilisation des normes de base Peut être utile pour sélectionner la norme qui convient, en tenant compte de l'environnement et de l'équipement d'essai, des caractéristiques de l'appareil testé et du niveau de précision attendu.

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