contribution à l'étude de l'impact environnemental sonore

N° d’ordre 2007-ISAL-0040 Année 2007

Thèse

Contribution à l'étude de l'impact environnemental sonore des sites industriels : une typologie perceptive de sources de bruit

Présentée devant

L’institut National des Sciences Appliquées de Lyon

Pour obtenir

Le grade de docteur

École doctorale : Mécanique, Energétique, Génie civil et Acoustique

Ecole Centrale de Lyon – Université Claude Bernard Lyon I – INSA Lyon

Spécialité : Acoustique

Par

Guillaume LE NOST

Soutenue le 11 juillet 2007 devant la Commission d’Examen composée de :

Georges CANÉVET Rapporteur

Nacer HAMZAOUI Membre du jury

Catherine MARQUIS-FAVRE Directrice de Thèse

Jean-Dominique POLACK Rapporteur

Etienne PARIZET Membre du jury

Eric PREMAT Membre du jury

Stéphanie VIOLLON Membre du jury

Cette thèse a été préparée au sein du département Analyses Mécaniques et Acoustique

d'EDF R&D, en partenariat avec le Laboratoire des Sciences de l'Habitat (LASH / DGCB URA CNRS 1652) de l'Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat.

ECOLES DOCTORALES HABILITEES POUR LA PERIODE 2003-2007 2006

SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE

CHIMIE DE LYON Responsable : M. Denis SINOU Insa : R. GOURDON

M. Denis SINOU Université Claude Bernard Lyon 1 Lab Synthèse Asymétrique UMR UCB/CNRS 5622 Bât 308 2ème étage 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.44.81.83 Fax : 04 78 89 89 14 [email protected]

E.E.A.

ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE

M. Daniel BARBIER

M. Daniel BARBIER INSA DE LYON Laboratoire Physique de la Matière Bâtiment Blaise Pascal 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43.64.43 Fax 04 72 43 60 82 [email protected]

E2M2

EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2M. Jean-Pierre FLANDROIS Insa : S. GRENIER

M. Jean-Pierre FLANDROIS UMR 5558 Biométrie et Biologie Evolutive Equipe Dynamique des Populations Bactériennes Faculté de Médecine Lyon-Sud Laboratoire de Bactériologie BP 1269600 OULLINS Tél : 04.78.86.31.50 Fax 04 72 43 13 88 [email protected]

EDIIS

INFORMATIQUE ET INFORMATION POUR LA SOCIETE http://www.insa-lyon.fr/ediis M. Lionel BRUNIE

M. Lionel BRUNIE INSA DE LYON EDIIS Bâtiment Blaise Pascal 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43.60.55 Fax 04 72 43 60 71 [email protected]

EDISS

INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES-SANTE http://www.ibcp.fr/ediss M. Alain Jean COZZONE Insa : M. LAGARDE

M. Alain Jean COZZONEIBCP (UCBL1) 7 passage du Vercors 69367 LYON Cedex 07 Tél : 04.72.72.26.75 Fax : 04 72 72 26 01 [email protected]

MATERIAUX DE LYON http://www.ec-lyon.fr/sites/edml M. Jacques JOSEPH Insa : J. M. PELLETIER

M. Jacques JOSEPH Ecole Centrale de Lyon Bât F7 Lab. Sciences et Techniques des Matériaux et des Surfaces 36 Avenue Guy de Collongue BP 163 69131 ECULLY Cedex Tél : 04.72.18.62.51 Fax 04 72 18 60 90 [email protected]

Math IF

MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE FONDAMENTALE http://www.ens-lyon.fr/MathIS M. Franck WAGNER Insa : G. BAYADA

M. Franck WAGNER Université Claude Bernard Lyon1 Institut Girard Desargues UMR 5028 MATHEMATIQUES Bâtiment Doyen Jean Braconnier Bureau 101 Bis, 1er étage 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43.27.86 Fax : 04 72 43 16 87 [email protected]

MEGA

MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE http://www.lmfa.ec-lyon.fr/autres/MEGA/index.html M. François SIDOROFF Insa : G. DALMAZ

M. François SIDOROFF Ecole Centrale de Lyon Lab. Tribologie et Dynamique des Systêmes Bât G8 36 avenue Guy de Collongue BP 163 69131 ECULLY Cedex Tél :04.72.18.62.14 Fax : 04 72 18 65 37 [email protected]

SSED

SCIENCES DES SOCIETES, DE L’ENVIRONNEMENT ET DU DROIT Mme Claude-Isabelle BRELOT Insa : J.Y. TOUSSAINT

Mme Claude-Isabelle BRELOT Université Lyon 2 86 rue Pasteur 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48 [email protected]

mailto:[email protected]


http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2

http://www.insa-lyon.fr/ediis


http://www.ibcp.fr/ediss


http://www.ec-lyon.fr/sites/edml


http://www.ens-lyon.fr/MathIS

http://www.lmfa.ec-lyon.fr/autres/MEGA/index.html

http://www.lmfa.ec-lyon.fr/autres/MEGA/index.html



Remerciements

Je souhaite tout d'abord remercier Messieurs Georges Canévet et Jean-Dominique Polack pour le temps consacré à la lecture de ce document et pour leurs commentaires très instructifs qui m'ont permis d'améliorer ce manuscrit. Je remercie également Messieurs Eric Premat, Etienne Parizet et Nacer Hamzaoui d'avoir accepté de participer au jury.

Je tiens à remercier mes directrices de thèse, Stéphanie Viollon et Catherine Marquis-Favre, pour leur encadrement efficace tout au long de ces trois années de recherche. J'exprime également mes remerciements à Franck Sgard, pour avoir régulièrement suivi ce travail.

Mes remerciements vont aussi à Michel Guivarch, chef du groupe T63 d'EDF R&D, pour m'avoir accueilli au sein de son équipe, et pour avoir su me conseiller avec bonheur et bonne humeur dans les moments difficiles.

Je remercie Marion Alayrac pour sa contribution à l'analyse des résultats du dernier test d'écoute effectué dans le cadre de cette thèse, et lui souhaite bon vent pour la suite !

Je voudrais remercier chaleureusement Michel, Gérard, Lounès et Matthieu, membres de l'équipe Acoustique d'EDF R&D, pour m'avoir aidé à réaliser toutes les mesures effectuées dans le cadre de cette thèse, et pour toutes les ballades nocturnes sur le toit des centrales électriques…

Je suis très reconnaissant envers Fabrice Junker pour m'avoir éclairé sur nombre de questions concernant la propagation acoustique, pour sa disponibilité et son enthousiasme ; envers Denis Thomasson, pour tous ses conseils sur l'utilisation du logiciel Tympan.

Je tiens à exprimer ma gratitude envers Vincent Koehl, pour ses nombreux conseils concernant l'analyse de tests de catégorisation, et envers Isabelle Boulet, Angelo Farina et Michel Besombes pour leurs conseils sur la mesure acoustique de stimuli sonores dans une salle d'écoute.

Mes remerciements s'adressent également à tous les membres du département AMA d'EDF R&D qui ont participé aux différents tests d'écoute mis en place dans le cadre de cette thèse, et plus particulièrement à Gilles (mon voisin d'en face).

Un très grand merci à Jean-Pierre et Marie-Hélène, pour la relecture bretonne et néanmoins attentive de ce mémoire, et évidemment pour tout le reste ! Merci également à Khanh Dang Tran ([email protected]) pour les belles photos qui ornent les différents chapitres ce document.

Enfin, et surtout, mille mercis à Bénédicte, pour son affection de tous les instants, sa compréhension et son soutien essentiel pendant ces trois années.

Résumé / Mots clés

Résumé

La maîtrise de l'impact environnemental (dont les nuisances sonores) des activités industrielles et de transport est un grand enjeu actuel. Cependant, si un grand nombre d'études ont été réalisées concernant les nuisances sonores dues au bruit des transports (trafic routier, aérien et ferroviaire), très peu ont traité le cas du bruit d'origine industrielle. Les sources de bruit industriel sont très variées : afin d'étudier leur impact environnemental en termes de nuisance, une première étape consiste à établir une typologie de ces sources telles qu'elles sont réellement perçues. L'obtention d'une telle typologie pour les sources de bruit industriel permanent stable, pour une configuration de propagation entre sources et point d'écoute donnée, constitue l'objectif principal de la thèse.

Pour permettre la comparaison et la classification de différentes sources de bruit industriel, un test d'écoute appliquant la méthode de catégorisation libre est réalisé en laboratoire. Il utilise les enregistrements d'une sonothèque de bruits industriels, réalisés à proximité des sources. Or, la perception d'une source de bruit peut varier si l'on se trouve à proximité de la source, ou à plusieurs centaines de mètres de celle-ci : c'est l'influence de la propagation. Les enregistrements sont donc filtrés pour prendre en compte l'atténuation entre le point d'enregistrement et un point d'écoute plus éloigné de la source, représentant une habitation. Le gain du filtre est calculé avec une résolution fréquentielle tiers d'octave par un logiciel d'acoustique prévisionnelle, basé sur la norme ISO 9613. Une double comparaison physique et perceptive, menée pour un cas-test de propagation simple (propagation au-dessus d'un sol herbeux plan sur une distance de 100 m), a permis de déterminer un paramétrage de calcul optimal ; la prise en compte des phénomènes d'interférences entre les différentes ondes acoustiques parvenant au point d'écoute permet d'obtenir des spectres d'atténuation plus proches des spectres mesurés, et un meilleur rendu à l'écoute.

Le test de catégorisation, basé sur un corpus de 30 stimuli créés par filtrage et représentant une configuration d'écoute simple (distance de 250 m des sources, propagation en conditions favorables au-dessus d'un sol herbeux plan) a permis d'identifier 6 familles de sources, et montre que certains types fonctionnels de sources sont perceptivement pertinents.

Mots clés

Environnement sonore, Bruit industriel, Impact environnemental, Nuisances sonores, Sonothèque, Enregistrement, Modélisation, Sources de bruit, Propagation du son, Atténuation, Filtrage, Calcul de trajets, Catégorisation, Perception auditive, Typologie.

Table des matières

Remerciements 5 Résumé / mots-clés 7 Table des matières 9 Introduction générale 13 Chapitre 1. Etat de l'art : impact environnemental du bruit industriel 17 1. BRUIT DE L'ENVIRONNEMENT ET GENE................................................................................. 18

1.1. SOURCES SONORES ET BRUITS ....................................................................................................... 18 1.2. LE BRUIT DE L'ENVIRONNEMENT ................................................................................................... 20 1.3. LE CONCEPT DE GENE.................................................................................................................... 21 1.4. BRUIT DE L'ENVIRONNEMENT ET NIVEAUX D'EXPOSITION ............................................................. 26 1.5. SYNTHESE ..................................................................................................................................... 29

2. METHODES D'ETUDE DE LA GENE ET DE LA PERCEPTION DE L'ENVIRONNEMENT SONORE........................................................................................................................................................ 30

2.1. EVALUATION DIRECTE DE LA GENE ............................................................................................... 31 2.2. LA GENE MESUREE PAR LES PLAINTES........................................................................................... 32 2.3. LES ETUDES LIEES AUX PERTURBATIONS DES ACTIVITES............................................................... 34 2.4. VERS L'ETUDE PLUS GLOBALE DE LA PERCEPTION DE L'ENVIRONNEMENT SONORE ....................... 34 2.5. ETUDES IN SITU OU EN LABORATOIRE ? ......................................................................................... 39

3. IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET CARACTERISTIQUES DES BRUITS INDUSTRIELS 43 3.1. BRUITS INDUSTRIELS ET EMERGENCE............................................................................................ 44 3.2. IMPACT DES BRUITS INDUSTRIELS ET CARACTERISTIQUES ACOUSTIQUES ...................................... 45 3.3. VERS UNE MEILLEURE PRISE EN COMPTE DE LA DIVERSITE DES SOURCES DE BRUIT INDUSTRIEL... 51

4. SYNTHESE ET CHOIX METHODOLOGIQUES.......................................................................... 52

9

Table des matières

Chapitre 2. Constitution d'une sonothèque de bruits industriels 55 1. ETUDE TYPOLOGIQUE PRELIMINAIRE....................................................................................56

1.1. CLASSIFICATION TEMPORELLE.......................................................................................................56 1.2. TYPOLOGIE FONCTIONNELLE DES SOURCES DE BRUIT INDUSTRIEL ................................................57 1.3. TYPOLOGIE DES BRUITS RESIDUELS ...............................................................................................66

2. PROTOCOLE D'ENREGISTREMENT............................................................................................66 2.1. REGLES THEORIQUES .....................................................................................................................67 2.2. PROTOCOLE PRATIQUE...................................................................................................................71

3. SOURCES ET SITES D’ENREGISTREMENT ...............................................................................74 4. SONOTHEQUE ET DONNEES ASSOCIEES..................................................................................75

4.1. PRESENTATION ..............................................................................................................................75 4.2. QUALITE DES DONNEES OBTENUES ................................................................................................76

5. SYNTHESE...........................................................................................................................................78

Chapitre 3. Une méthode de filtrage pour la création des stimuli sonores 79 1. PRINCIPE ET PARAMETRES DE CALCUL DU FILTRE...........................................................80

1.1. PRINCIPE........................................................................................................................................80 1.2. CALCUL DE DII(SM) – DII(SR)......................................................................................................81 1.3. CALCUL DE AI(S,R) ET AI(S,M) A L’AIDE DU LOGICIEL TYMPAN....................................................87

2. MODELISATION DES SOURCES ET DE LEUR ENVIRONNEMENT......................................93 2.1. MODELISATION DES SOURCES........................................................................................................93 2.2. BATIMENTS....................................................................................................................................96 2.3. MODELISATION DU SOL ...............................................................................................................101 2.4. SYNTHESE : 2 CAS DE MODELISATION POUR LE CALCUL DES AI ...................................................102 2.5. INCERTITUDES DE MODELISATION................................................................................................103

3. COMPARAISON PHYSIQUE DE FILTRES TYMPAN A DES FILTRES MESURES ............104 3.1. PROTOCOLE DE MESURE ..............................................................................................................104 3.2. CONFIGURATIONS........................................................................................................................106 3.3. RESULTATS DE MESURES .............................................................................................................107 3.4. SELECTION DE PARAMETRAGES TYMPAN PAR COMPARAISON AUX GABARITS MESURES..............108 3.5. COMPARAISON PHYSIQUE DES SONS OBTENUS .............................................................................114

4. COMPARAISON PERCEPTIVE DES SONS OBTENUS.............................................................120 4.1. OBJECTIFS....................................................................................................................................120 4.2. STIMULI .......................................................................................................................................121 4.3. INSTRUMENTATION......................................................................................................................122 4.4. PROTOCOLE EXPERIMENTAL ........................................................................................................124 4.5. PARTICIPANTS .............................................................................................................................125 4.6. OUTILS STATISTIQUES UTILISES POUR L'ANALYSE........................................................................125 4.7. RESULTATS..................................................................................................................................126

10

Table des matières

5. BILAN DES COMPARAISONS PHYSIQUES ET PERCEPTIVES ........................................... 136 6. CONCLUSION .................................................................................................................................. 138

Chapitre 4. Typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent stable 141 1. OBJECTIFS ....................................................................................................................................... 142

1.1. CATEGORISATION DES SOURCES DE BRUIT INDUSTRIEL PERMANENT STABLE.............................. 142 1.2. ETUDE DE LA NUISANCE RELATIVE.............................................................................................. 142

2. PRESENTATION D'OUTILS SPECIFIQUES UTILISES POUR L'ANALYSE DU TEST D'ECOUTE.................................................................................................................................................. 143

2.1. ANALYSE DU TEST DE CATEGORISATION DE STIMULI SONORES ................................................... 143 2.2. REPRESENTATION DE DONNEES DE DISTANCE ............................................................................. 145 2.3. ANALYSES ACOUSTIQUES............................................................................................................ 149

3. METHODE EXPERIMENTALE .................................................................................................... 150 3.1. SYSTEME DE REPRODUCTION DES STIMULI SONORES................................................................... 150 3.2. STIMULI SONORES ....................................................................................................................... 150 3.3. PROTOCOLE EXPERIMENTAL ....................................................................................................... 154 3.4. SUJETS ........................................................................................................................................ 157

4. ANALYSE DE LA CATEGORISATION ....................................................................................... 157 4.1. SELECTION DES SUJETS ............................................................................................................... 158 4.2. ETUDE DE LA DIMENSIONNALITE DES MATRICES ......................................................................... 159 4.3. DENDROGRAMMES ET PARTITION OPTIMALE............................................................................... 160 4.4. DESCRIPTION DES 6 FAMILLES PERCEPTIVES ............................................................................... 163 4.5. ANALYSE ACOUSTIQUE DES 6 FAMILLES OBTENUES.................................................................... 171 4.6. CONCLUSIONS ............................................................................................................................. 177

5. ANALYSE DE LA NUISANCE........................................................................................................ 178 5.1. SELECTION DES SUJETS ............................................................................................................... 179 5.2. ANALYSE DESCRIPTIVE ............................................................................................................... 179 5.3. LIENS ENTRE FAMILLES DE SONS SIMILAIRES ET NUISANCE......................................................... 181 5.4. ANALYSE ACOUSTIQUE ............................................................................................................... 183 5.5. CONCLUSIONS ............................................................................................................................. 184

6. SYNTHESE ........................................................................................................................................ 184

Conclusion générale 187 Références bibliographiques 193 Annexes 207

11

Introduction générale

, "La révolution industrielle propagea une multitude de sons nouveaux aux

conséquences parfois désastreuses pour l'homme et la naturedont ils masquaient souvent les propres sons."

ones industrielles.

e cas des bruits industriels apparaît comme complexe, en raison de la diversité des sources de ventilations, soupapes, moteurs, hauts-fourneaux,

transform

Muray Schafer, le Paysage Sonore

Problématique

Comme le fait remarquer Muray Schafer [Schafer 1979], la révolution industrielle n'a pas seulement bouleversé les économies des pays développés, mais également leurs environnements sonores. Une multitude de sons et de bruits encore inconnus il y a 100 ans font maintenant partie de notre quotidien, pour le plus grand bonheur… des fabricants de protections anti-bruit : essayez en effet de dormir la fenêtre ouverte, sans vos "bouchons d'oreille", dans un des nombreux hôtels bon marché qui jouxtent aujourd'hui les aéroports, les autoroutes, ou les z

Le bruit dû aux industries et aux moyens de transport constitue un problème de société majeur [AFSSE 2004] : la maîtrise de l'impact environnemental (dont les nuisances sonores) des activités industrielles et de transport est un grand enjeu actuel. Cependant, si un grand nombre d'études ont été réalisées concernant les nuisances sonores dues au bruit des transports (trafic routier, aérien et ferroviaire), très peu ont traité le cas du bruit d'origine industrielle.

Lbruit impliquées : machines-outils,

ateurs, etc. Nombre d'entre elles fonctionnent 24h/24, pouvant gêner de manière notable les riverains habitant à proximité. L'étude de l'impact environnemental des sources de bruit industriel en termes de nuisance apparaît donc un sujet important, qui nécessite une connaissance approfondie des sources.

13


Objectifs et choix méthodologiques

Afin d'apporter des éléments de réponse à la problématique exposée précédemment, ces travaux proposent de caractériser les sources de bruits industrielles telles qu'elles sont perçues dans l'environnement : en particulier, nous tenterons de répondre au problème de la gestion de la diversité des sources par l'établissement d'une typologie perceptive des sources de bruit industriel, en se concentrant sur le cas des sources permanentes stables, pour une configuration de propagation ent

nécessite la reproduction des bruits dans une salle d'écoute, à partir d'e

re sources et point d'écoute donnée. Ceci constitue l'objectif principal de l'étude.

Cette étude de classification et de caractérisation permettra à terme de tester la pertinence des critères réglementaires actuels selon des catégories perceptives de sources de bruit, et de proposer le cas échéant des améliorations possibles. Nos travaux constituent donc une première étape vers la définition d'indicateurs caractéristiques de l'impact environnemental du bruit de sources industrielles en termes de nuisance.

La comparaison perceptive de différentes sources de bruit industriel, non nécessairement situées en un même lieu géographique,

nregistrements sonores. Nous effectuerons donc notre étude des sources de bruit industriel en conditions de laboratoire : ceci implique tout d'abord de collecter une base de données d'enregistrements sonores de sources de bruit industriel, réalisés à proximité des sources afin de s'affranchir d'éventuels bruits parasites. Cette base de données se doit d'être représentative de la diversité de l'ensemble des sources industrielles. L'établissement d'une telle sonothèque constitue la première étape de nos travaux.

Pour comparer ces sources de bruit telles qu'elles sont perçues dans l'environnement, il faudrait se placer à une distance de quelques centaines de mètres, qui est un ordre de grandeur de la distance entre un site industriel et les premières habitations alentour. Or, la perception d'une source sonore varie grandement selon la distance, en raison de l'atténuation due à la propagation du son en milieu extérieur. L'écoute d'enregistrements réalisés à proximité des sources n'est donc pas représentative de la situation de riverains. Dans la volonté d'étudier les sources telles qu'elles seraient perçues dans l'environnement, nous devons donc filtrer les enregistrements des sources, de manière à prendre en compte les phénomènes de propagation entre le point d'enregistrement et le point d'écoute souhaité. La création et la validation d'une méthode de filtrage adaptée constituent donc une étape méthodologique essentielle. Nous avons utilisé un logiciel d'acoustique prévisionnelle développé par EDF R&D (logiciel Tympan, basé sur la norme ISO 9613 [ISO 1996]) afin de calculer les atténuations dues à la propagation du son : une utilisation optimisée avec des contraintes perceptives est proposée.

our obtenir des catégories perceptives de sources, constituant la typologie finale, nous avons organiser un test d'écoute utilisant la méthode de catégorisation libre

Pchoisi d' , déjà employée dans

de sources sonores [Guyot 1996], [Maffiolo 1999], me la plus adaptée à notre problématique.

de nombreux travaux sur la caractérisation [Houix 2003], et apparaissant com

14


aux. Le premier chapitre présente l'état de l'art con

établir une typologie perceptive des sources de bruit industriel perm

dessus d'un sol herbeux plan en conditions favorables (réfraction atmosphérique vers le bas). Lors du test, la principale tâche demandée aux sujets est de former des familles de sons similaires (tâche dite de catégorisation libre), puis de décrire les familles formées (tâche dite de verbalisation libre). Les outils expérimentaux, le protocole et l'analyse détaillée du test sont présentés.

Une conclusion générale synthétise les principaux résultats obtenus au cours des différentes étapes de l'étude, et présente les perspectives envisagées ainsi que les applications possibles.

Organisation du document

Ce document se divise en quatre chapitres principcernant l'impact environnemental du bruit de sources industriel : il expose le cadre dans lequel

s'inscrit ce travail, et synthétise les connaissances actuelles sur les sources de bruit industriel et leur impact environnemental en termes de nuisance.

Le deuxième chapitre détaille la constitution d'une sonothèque de bruits industriels : celle-ci se base sur une typologie fonctionnelle des sources, construite au préalable. Le protocole d'enregistrement des sources est également indiqué.

Le troisième chapitre présente la méthode de filtrage développée pour créer des stimuli sonores, basée sur le calcul de l'atténuation due à la propagation (entre point d'enregistrement et point d'écoute) par un logiciel d'acoustique prévisionnelle. Afin de déterminer un paramétrage optimal du logiciel, une comparaison entre calculs et mesures a été menée sur le plan physique et perceptif pour le cas simple d’une source omnidirectionnelle située au-dessus d’un sol herbeux plat, le point d’écoute étant situé à 100 m en vue directe de la source.

Le quatrième chapitre est relatif au test d'écoute mis en place dans le but d'anent stable, pour une configuration de propagation

entre sources et point d'écoute donnée. Pour cela, des stimuli sonores sont créés, représentant différentes sources de bruit à une distance de 250 m de celles-ci, pour une propagation au-

15

Chapitre 1

Etat de l'art : impact environnemental

du bruit industriel

Les nuisances sonores dues aux bruits industriels dans l'environnement constituent un problème qui touche non seulement l’ensemble des pays industrialisés, mais également les pays en voie de développement [Mbuligwe 2004]. Cependant, c'est un sujet encore très peu étudié, en comparaison avec les bruits des transports ; pour ces différents bruits, les problématiques générales et les méthodes d'étude sont néanmoins communes. C'est pourquoi, dans ce chapitre présentant l'état de l'art concernant l'impact environnemental du bruit industriel, les deux premières parties de ce chapitre ne sont pas spécifiquement relatives au bruit industriel, mais aux bruits de l'environnement dans leur ensemble. En revanche, la troisième partie concerne les connaissances actuelles relatives à l'impact environnemental du bruit industriel.

Tout d'abord, nous présenterons les problématiques liées aux bruits de l'environnement : nous introduirons notamment les notions de bruit, de gêne et de niveau d'exposition. Puis nous examinerons, dans la deuxième section de ce chapitre, les méthodes d'étude de l'impact des bruits de l'environnement, depuis les approches centrées sur la gêne jusqu'aux approches permettant une évaluation qualitative plus globale de l'environnement sonore. Enfin, dans la troisième section, nous nous intéresserons à une problématique inhérente au cas du bruit industriel : la diversité des sources. Nous présenterons tout d'abord les résultats d'études concernant l'influence de certaines caractéristiques acoustiques des bruits sur la gêne, pour souligner ensuite le besoin d'une meilleure prise en compte de la diversité des sources.

17

Chapitre 1. Etat de l'art : impact environnemental du bruit industriel

1. Bruit de l'environnement et gêne

1.1. Sources sonores et bruits

Nous percevons quotidiennement, au gré des lieux que nous traversons, une multitude d'événements sonores produits par des sources aussi variées qu'un réveil matin, une voiture, des oiseaux, des passants, une rivière, etc. Dans les années soixante-dix, Murray Schafer initia un projet intitulé World Soundscape Project, visant principalement à collecter différents enregistrements sonores, et à les analyser. Schafer fut donc un précurseur dans l'étude du paysage sonore (soundscape), qu'il définit comme "l'environnement des sons", ou "toute partie de cet environnement pris comme champ d'étude" [Schafer 1979].

On parle aujourd'hui d'environnement sonore, c'est-à-dire de l'aspect sonore de l'environnement (selon la définition utilisée par Guastavino [Guastavino 2003]). Selon Léobon [Léobon 1995], le terme d'environnement est plus neutre que le terme de paysage ; cependant, il ne remplace pas ce que suggère le concept de soundscape, qui renvoie au sens et à l'identité de l'environnement sonore, voire à la dimension esthétique de celui-ci. Nous retiendrons la définition de l'environnement sonore comme l'aspect sonore de l'environnement, sans a priori esthétique ou lié à une nuisance.

Quels sont les éléments constitutifs de l'environnement sonore ? Des sons, des bruits, des sources de bruit ? Il importe ici de distinguer les sources productrices et les bruits. Nous appellerons source l'objet, l'individu ou l'événement produisant une onde sonore. Le bruit peut quant à lui se définir de diverses manières. En acoustique fondamentale, un bruit est un son, décrit comme une onde de pression se propageant dans un milieu élastique. Schafer [Schafer 1979] donne quatre autres définitions du terme bruit :

- le bruit comme son non désiré (unwanted sound). L'Oxford English Dictionnary donne des références de ce sens remontant aussi loin que 1225. C'est la définition adoptée par l'Organisation Mondiale de la Santé (cf. [Berglund 1995]) et la Commission européenne [European Commission 2000]. Cette définition fait du bruit un terme subjectif : comme l'explique Schafer, "la musique de l'un peut être le bruit de l'autre. Mais la détermination, dans une société donnée, des sons indésirables s'établit en fonction d'un certain consensus" [Schafer 1979] ;

- le bruit comme son non musical. Il faut néanmoins remarquer qu'un son n'est pas intrinsèquement musical ou non musical, car l'appartenance à l'une ou l'autre de ces deux catégories dépend du contexte de l'écoute, de la manière dont le son est perçu. Ainsi, certains compositeurs (Cage, Henry… cf. [Gaver 1993]) rendent musicaux des bruits d'objets généralement perçus comme non musicaux (une boîte de conserve, une porte…), en les utilisant dans des œuvres musicales ;

- le bruit comme tout son puissant, c'est à dire un son dont l'intensité sonore est supérieure à une certaine limite (par exemple, un seuil réglementaire). Maffiolo [Maffiolo 1999] fait remarquer que cette définition est peu satisfaisante car l'on sait que les bruits les plus gênants ne sont pas forcément les plus intenses ;

18


- le bruit comme perturbation dans tout signal. Il représente alors tout ce qui n'est pas du signal utile (au sens de la théorie de l'information).

Notons que la première définition citée par Schafer est associée à un effet négatif du bruit, ce qui peut apparaître réducteur. Un bruit peut avoir un effet agréable, comme par exemple le bruit des oiseaux. Par ailleurs, l'absence de bruit (le silence) n'est pas forcément souhaitable : selon Amphoux [Amphoux 1993], tout est question d'adéquation avec le lieu et l'image que l'on s'en fait. Maffiolo [Maffiolo 1999] a ainsi utilisé, dans ses travaux de thèse sur la caractérisation de la qualité sonore de l'environnement urbain, une définition du terme bruit comme son qui fait effet, sans a priori nécessairement négatif.

Pour notre étude relative à des bruits émis par des sources industrielles, nous nous restreindrons à la définition du bruit comme son non désiré.

Nous venons de distinguer la notion de source émettrice et du son émis par celle-ci. Il est intéressant de noter que cette distinction peut sembler également perceptivement pertinente. Nous citerons ici l'approche écologique de la perception des événements sonores de Gaver [Gaver 1993], car celle-ci différencie l'écoute des sons ou des sources. Gaver distingue en effet deux types d'écoute des événements sonores : l'écoute musicale, centrée sur la description du son en lui-même (est-il fort ? Sourd ? Comment décrire son timbre ?), et l'écoute quotidienne, reliée à l'événement ou objet source, à la signification du son dans le contexte d'écoute. Gaver précise que cette distinction entre écoute musicale et quotidienne s'effectue par l'expérience que nous avons des sons : ainsi, lorsque nous marchons dans une rue, nous écoutons généralement les sources de bruit (une voiture qui s'approche, une sonnette de vélo) ; mais nous pourrions également écouter les mêmes sons de cet environnement sonore comme une musique (en écoutant par exemple l'aspect rythmique ou mélodieux des bruits de la rue).

Dans ses travaux menés au CRESSON et à l'IREC1 sur les écoutes de la ville, Amphoux [Amphoux 1991] ne distingue pas les façons d'écouter les sons (comme les deux écoutes de Gaver2), mais considère trois formes d'écoute (mémorisée, réactivée et qualifiée, faisant respectivement appel à la mémoire, à la perception et à l'interprétation) en autant d'étapes méthodologiques permettant d'accéder aux représentations mentales des individus ; nous présenterons ces méthodes dans la section 2 de ce chapitre.

Suite aux travaux d'Amphoux, Maffiolo [Maffiolo 1999] a étudié la structuration des représentations mentales et son influence sur l'appréciation qualitative de l'environnement urbain. Elle a notamment mis en évidence deux types de description de l'environnement sonore urbain : d'une part, les scènes événementielles sont décrites par des termes désignant des sources, des événements ou des activités. D'autre part, les scènes amorphes (i.e. ne contenant pas d'événement sonore spécifique) sont décrites en termes physiques, indiquant une écoute analytique des sons. Un bruit peut donc être traité par l'individu "tantôt comme un événement porteur de significations, tantôt comme un signal, à la manière d'un «instrument» " [Maffiolo 1999]. D'autres travaux menés

1 Centre de Recherche sur l'Espace Sonore, URA CNRS 1268, Grenoble, et Institut de recherche sur l'Environnement Construit, Ecole Polytechnique Fédérale, Lausanne. 2 Ou encore comme les écoutes banale et réduite de Pierre Schaeffer, cf. par exemple [Vogel 1999].

19


par le LAM3 mettent également en lumière ces deux types de traitement possibles [Dubois 2000], [Guastavino 2003].

1.2. Le bruit de l'environnement

Selon une étude effectuée en 2003 par le Centre d’Information et de Documentation sur le Bruit et l’Association des Maires des Grandes Villes de France [CIDB 2003], la population urbaine française place le bruit au premier rang des nuisances de la vie quotidienne, devant les problèmes d'insécurité. On estime qu'environ 65 % de la population européenne est exposée à des niveaux de bruit engendrant de la gêne, des perturbations du sommeil, et une perturbation des conversations [WHO 2000].

L'étude effectuée par le CIDB recense les principales sources de bruit citées par les personnes interrogées :

- le voisinage immédiat ; - le trafic routier ; - les établissements accueillant du public ; - les attroupements tardifs sur la voie publique ; - les activités commerciales, artisanales ou industrielles ; - les 2 roues à moteur.

Mis à part le voisinage immédiat (qui est la source de bruit la plus fréquemment citée par les personnes interrogées [CIDB 2003]), ces sources de bruit participent à la formation du bruit de l'environnement (ou bruit dans l'environnement), défini dans la directive Européenne 2002/49/CE comme "le son extérieur non désiré ou nuisible résultant d'activités humaines, y compris le bruit émis par les moyens de transport, trafic routier, ferroviaire et aérien ou provenant de sites d'activité industrielle" [Parlement Européen 2002]. Nous distinguerons donc le bruit de l'environnement, défini ici, de la notion d'environnement sonore, définie dans la section précédente.

Afin d'évaluer, prévenir et réduire le bruit de l'environnement, des actions sont maintenant entreprises au niveau européen, suite à la directive 2002/49/CE [Parlement Européen 2002]. Cette directive (parfois vivement critiquée4) doit permettre une évaluation harmonisée, dans les vingt-cinq états européens, de l’exposition au bruit de l’environnement, au moyen de cartes de bruit stratégiques.

L'enquête du CIDB citée ci-dessus place le bruit de l'environnement au rang de nuisance. De manière plus générale, les études sur l'impact du bruit de l'environnement (comme par exemple [Berglund 1995]) traitent du concept de gêne, que nous allons détailler dans la section suivante.

3 Laboratoire d'Acoustique Musicale, Université Paris VI / CNRS. 4 Cf. par exemple la conférence plénière "Developments in environmental noise policies" donnée par Kihlman au Forum Acusticum 2005 à Budapest.

20


1.3. Le concept de gêne

A de forts niveaux d'exposition, le bruit peut endommager l’appareil auditif de manière irréversible : selon Berglund et Lindvall, une exposition continue à des niveaux supérieurs à 90 dB(A) induit des pertes auditives [Berglund 1995]. Pour des niveaux d'exposition supérieurs à 80 dB(A), la directive européenne 2003/10/CE [Parlement Européen 2003] impose aux entreprises de mettre à la disposition des travailleurs des protecteurs auditifs individuels et de leur offrir un examen audiométrique préventif.

A des niveaux moindres, le principal effet du bruit est la gêne. La gêne due au bruit (en anglais, noise annoyance) est une notion (parfois volontairement) mal définie. A titre d'exemple, nous citerons la définition adoptée par la Commission Européenne [European Commission 2000] : "annoyance is a term used to describe the negative feelings associated with noise. Since annoyance can mean different things to different people at different times, it is not meaningful to define annoyance any more precisely." (La gêne est un terme utilisé pour décrire les sentiments négatifs associés au bruit. Puisque le terme de gêne peut signifier différentes choses à différentes personnes à différents moments, il n'apparaît pas pertinent d'en donner une définition plus précise). La signification de ce terme varie, même au sein des groupes d'experts travaillant sur la gêne.

Guski et al. [Guski 1999] ont interrogé un grand nombre d’experts internationaux afin de clarifier ce concept ; l'étude a montré que la gêne est considérée comme le principal effet du bruit. Selon Guski et al., la gêne peut être reliée aux processus affectifs liés à la source de bruit, à la perturbation des activités causées par le bruit, au jugement personnel de chacun en fonction de sa connaissance générale des effets du bruit5. Si la notion de gêne est liée à des facteurs acoustiques (comme le niveau d'exposition), Job [Job 1988] et Guski et al. [Guski 1999] rappellent que ces facteurs ne sont pas les seuls paramètres prépondérants sur celle-ci : selon Guski et al., la gêne est un concept psychologique qui décrit une relation entre une situation acoustique et un sujet qui l’évalue de manière cognitive et émotionnelle.

Si le concept de gêne renvoie à la définition du bruit comme son non désiré, on peut lui opposer le concept de qualité de l'environnement sonore, qui renvoie à une définition du bruit sans a priori négatif (cf. section 1.1). Comme le souligne Dubois [Dubois 2006], l'étude de la qualité de l'environnement sonore s'inscrit dans une perspective plus globale que l'approche classique qui se restreint à l'étude de la gêne et à sa prévision à l'aide d'indicateurs acoustiques (relations dose / effet). Nous présenterons les apports méthodologiques des approches liées à l'évaluation plus globale de la perception d'un environnement sonore dans la section 2 de ce chapitre.

Au cours des sections 1.3.2 et suivantes, nous commencerons par présenter l'approche basée sur les relations dose / effet et ses limites, puis les différents facteurs influant sur la gêne.

1.3.1. Gêne, nuisance, dérangement, désagrément : quelles différences ?

La gêne est concept large, qui se rapproche de plusieurs autres notions (nuisance, disturbance,

5 A l'extrême, Aubrée [Aubrée 1991] avance que la mesure de la gêne serait plus une mesure de l'influence de l'information sur le bruit (possédée par la population) qu'une mesure de l'effet du bruit sur la population.

21


unpleasantness…). Les principaux aspects relatifs au concept de gêne sont présentés par Guski et al. [Guski 1999] :

- la gêne en tant perturbation du comportement ou de l'activité du sujet (par exemple, une activité de communication). Le terme annoyance se rapproche dans ce cas du terme disturbance ("dérangement"), utilisé dans certaines études in situ [Bradley 1993] ou en laboratoire [Ma 2004] ;

- la gêne en tant qu'évaluation faite par un sujet. Selon Guski et al. [Guski 1999], le terme annoyance est alors à rapprocher des termes unpleasantness ("désagrément") et nuisance ("nuisance", la traduction française représentant l'aspect "nuisible" ou "nuisant"). Dans les travaux étudiant cet aspect de la gêne, le terme "désagrément" est souvent employé [Bengtsson 2004], [Inukai 2000], [Celik 2004], [Ellermeier 2004a], et a déjà été utilisé dans des études françaises [Meunier 2001], [Defréville 2005].

Notons que certaines études conservent une différenciation entre le concept global de gêne (annoyance) et l'aspect spécifique de "désagrément" (unpleasantness), et proposent une évaluation de ces deux aspects (par exemple [Kuwano 1999], [Celik 2004]).

Précisons ici les différences entre les termes français de gêne, désagrément et nuisance. Dans ses travaux de thèse concernant l'étude de la perception des ambiances sonores de TGV, Mzali [Mzali 2002] a montré une différence d'utilisation des termes "gênant" et "désagréable" pour qualifier les événements sonores à l'intérieur du train : les sujets interrogés ont eu tendance à qualifier les bruits de personnes (comme les conversations, téléphoniques ou non) de "gênants", alors que les bruits dûs au fonctionnement du train (les croisements de train ou le bruit aérodynamique) sont plutôt décrits comme "désagréables". Mzali explique cette différence par une analyse sémantique de ces deux termes : "Le premier, de par la sémantique de son suffixe (-ant), est plutôt utilisé pour des sources pour lesquelles l'action est effective (gênant = produit de la gêne), tandis que le second concerne un effet potentiel d'une source (désagréable = susceptible de produire du désagrément)." Il est par ailleurs intéressant de noter dans les travaux de Mzali [Mzali 2002] que les sources plutôt qualifiées de "gênantes" sont celles sur lesquelles le sujet a une action possible (comme faire taire les conversations), alors que les sources plutôt qualifiés de "désagréables" sont les sources de bruit inévitables dans un contexte de voyage en train (comme les bruits aérodynamiques). Nous remarquerons que le nom français de "nuisance" correspond à un terme avec un suffixe "-ant" (le participe présent "nuisant"), et à un terme avec un suffixe "-ible" (l'adjectif "nuisible"). Le participe présent est le signe d'une action effective, tandis que le suffixe "-ible" (ou "-able") signifie "qui peut (être)" [Grevisse 2006]. Il faut supposer que la signification du terme "nuisance" puisse refléter ces deux aspects (nuisance effective / potentielle).

Précisons en outre que l'absence de gêne n'est pas nécessairement synonyme de confort (cf. [Aubrée 1991]). La gêne et l'inconfort ne sont donc pas deux notions identiques.

La distinction entre gêne et plaintes sera effectuée en section 2.1.1. Auparavant, nous détaillerons l'approche classique du problème de la gêne due au bruit de l'environnement de par la notion de relation dose / effet, indiquerons ses limites, et recenserons les principaux facteurs (acoustiques ou non acoustiques) dont la prise en compte est nécessaire à une bonne appréhension des relations entre bruit et gêne.

22


1.3.2. Les relations dose / effet et leurs limites

La maîtrise des problématiques liées au bruit de l'environnement passe par une bonne compréhension des liens entre bruit et gêne. Dans ce but, une majorité des études sur le bruit de l'environnement s'intéresse à l'établissement de relations entre niveau d'exposition et gêne (mesurée à l'aide de questionnaires lors d'enquêtes in situ, cf. section 2.1.1), communément appelées relations dose / effet. Mais comment obtenir des relations fiables, si la gêne est une notion mal définie ? Si les enquêtes in situ montrent que le niveau d'exposition n’explique que 10 à 30% de la variabilité des réponses en termes de gêne, la corrélation entre le niveau d’exposition et la réponse moyenne est supérieure à 0.8 [Berglund 1995] : les courbes dose / effet reliant le niveau d’exposition à la proportion de personnes gênées peuvent constituer des prédicteurs de la réaction moyenne d'une population.

Du point de vue réglementaire, les deux objectifs principaux de l'étude de la gêne liée à une source de bruit sont, comme le soulignent Namba et Kuwano [Namba 2004] :

- d’une part de quantifier par un indicateur adéquat la gêne ressentie (relation dose / effet) ; - d’autre part d’établir des valeurs limites pertinentes pour cet indicateur.

Depuis la fin des années 70, des courbes reliant le niveau d'exposition (représenté par exemple par l'indicateur Lden, défini en section 1.4.1) au pourcentage de personnes très gênées (% Highly Annoyed, ou %HA, défini à l'origine par Schultz comme le pourcentage de personnes reportant une gêne supérieure à 72 sur une échelle de 0 à 100, cf. [Fidell 2003]) sont proposées pour les bruits des transports (trafic aérien, ferroviaire ou routier), à partir de l'analyse d'enquêtes in situ6. Des courbes actualisées ont été récemment proposées par Miedema et al. [Miedema 2004] : elles sont présentées en figure 1.1. Fait remarquable, ces auteurs présentent également une relation dose / effet pour le bruit industriel, mais basée sur un nombre de données beaucoup plus réduit. Pour ces 4 types de sources, les courbes obtenues sont différentes : par exemple, à un même niveau d'exposition, les trains sont moins gênants que les avions. Ces courbes montrent que les seuils de gêne sont donc relatifs aux sources.

Figure 1.1. Relations dose / effet pour les bruits de trafic et le bruit industriel.

Données issues de [Miedema 2004].

6 Un inventaire des enquêtes in situ réalisées jusqu'en 2001 a été effectué par Fields [Fields 2001].

23


Cette approche, à la base de la plupart des réglementations actuelles sur le bruit de nnement, présente cependant de nombreuses limites. Fidell [Fidell 2003] synthétise les ales :

l'enviroprincip

ple, à un niveau égal à la limite légale) n'est une condition ni nécessaire ni suffisante à la gêne ;

et une prise en compte systématique des facteurs non acoustiques influant sur la gêne. Nous citerons ici, par exemple, les aspects liés au sens que revêtent les

our l'individu.

Fa udans la section précédente, la gêne est traditionnellement reliée au niveau

d’exposition par des courbes dites "dose / effet". Mais Job [Job 1988] a montré que le niveau d’e o ent pondéré jour / nuit) n’explique que 20% de la variance des rép s onie7), la gêne dépend d'autres caractéristiques acoustiques liées au spectre ou à l'évolution temporelle du bruit. Différents travaux de nt principales :

pulsionnel ; les ;

s européennes, elles res

aluation cognitive d'un environnement sonore, ne peu

- ces courbes dose / effet ne reflètent pas la grande variabilité des réponses ; - il est difficile de fixer des valeurs d'exposition limite autrement que de manière arbitraire,

car les courbes ne présentent pas de points d'inflexion marqués ; l'exposition (par exem-

- cette approche ne perm

stimuli auditifs p

S'il reste un paramètre important, le niveau d'exposition ne constitue qu'un facteur de gêne parmi d'autres : d'autres facteurs influents, acoustiques ou non acoustiques, sont présentés dans la section 1.3.3.

1.3.3. Facteurs de gêne

cte rs acoustiques Comme indiqué

xp sition Ldn (niveau équivalon es individuelles de gêne. Outre le niveau d'exposition (ou la s

sy hèse [Berglund 1995], [Marquis-Favre 2005] recensent les - contenu spectral ; - contenu basses fréquences ;

; - tonalités - caractère im- fluctuations temporel- nombre d’événements, durée (pour les événements isolés) ; - bruit ambiant ; - caractéristiques psychoacoustiques (acuité, rugosité, etc.).

Si certains de ces aspects sont déjà pris en compte dans les réglementationtent assez divergentes sur la manière de les évaluer [European Commission 2000].

Facteurs non acoustiques Le concept psychologique de gêne, lié à une évt s'expliquer uniquement par les caractéristiques acoustiques des bruits ; comme le soulignent

7 La sonie (loudness) est l'indicateur psychoacoustique du niveau d'intensité perçue (cf. Annexe I).

24


Schulte-Fortkamp et Dubois8, un environnement sonore est porteur de sens, en fonction d'un certain contexte : ces aspects ne peuvent être occultés pour une évaluation de la gêne.

Parmi les facteurs non acoustiques, nous trouvons des facteurs socio-démographiques, d’attitude ou situationnels [Job 1988], [Nelson 1987]. La récente synthèse de Marquis-Favre et al. [Marquis-Favre 2005] recense les différents facteurs non acoustiques étudiés dans la littérature : ceux-ci sont résumés dans le tableau 1.1.

Selon Job [Job 1988] et Miedema et Vos [Miedema 1999], la peur liée à la source, l’attitude envers la source et la sensibilité au bruit sont les trois facteurs les plus importants. Selon Fields [Fields 1993], les facteurs socio-démographiques tels que l’âge, le sexe, le niveau d’éducation, la d

Dét rois fact ée à la

urée d’habitation, le revenu, sont peu influents.

aillons plus précisément les t eurs non acoustiques prépondérants. La peur lisource inte d’un cras edema et Vos [M ntrent que la peu e aux bruits de transpo t à un correctif de 19 d ique équivalent Ldn, c'est à pour les aspects

naux

peut s’illustrer par la cra h aérien lorsqu’un bruit d’avion est perçu. Miiedema 1999] mo r a un large impact sur la gêne du

rt : elle équivau B sur le niveau de pression acoustdire un correctif beaucoup plus impoou impulsifs des bruits (jusqu'à 12 dB, cf. [

rtant que ceux proposés par exempleEuropean Communities 2000]).to

Tableau 1.1. Principaux facteurs non acoustiques pouvant influer sur la gêne, selon [Marquis-Favre 2005].

Facteurs d’attitude Facteurs socio-démographiques / situationnels Peur liée à la source Sexe, âge, situation maritale, niveau d’éducation Attitude envers la source Statut social, revenu Sensibilité au bruit Type d’habitation, taille, insonorisation Type d’activité Propriété ou location de l’habitation Perception du voisinage Temps passé à domicile Perception globale de l’environnement Niveau d’exposition au bruit au travail

L’attitude envers la source est également citée par Job [Job 1988] comme un facteur influent sur la gêne.

uvons dans la peur liée à la source et l'attitude envers la source des aspects liés à la signification

Cette appellation réunit divers aspects liés à l'importance de la source pour l'individu (comme la dépendance économique de l'individu vis à vis de la source [Miedema 1999]), ou aux moyens dont dispose l'individu pour se protéger contre le bruit (y compris des actions légales) [Marquis-Favre 2005], ou à la bonne ou mauvaise image de la source. Job [Job 1988] cite l'effet positif de "l'image" de l'avion Concorde sur la gêne, pour certaines personnes patriotes vraisemblablement fiers de ce fleuron aéronautique. Pour les moyens de transport urbains, Guastavino [Guastavino 2006] a montré que les jugements associés à la source productrice de bruit varient selon que la source est considérée comme très polluante (transports individuels) ou moins polluante (transports collectifs, en particulier trains et tramways).

Nous retro du stimulus auditif pour l'individu, de par l'identification de la source émettrice. Des

études récentes ont mis en lumière l'importance de la signification associée aux différentes sources de bruit, comme par exemple pour le cas de l'environnement sonore urbain [Guastavino 2003]. Nous citerons également une étude d'Ellermeier et al. [Ellermeier 2004b] impliquant une tâche de Cf. préface du volume 92, n°6 de la revue Acta Acustica united with Acustica, 2006. 8

25


jugement du désagrément en laboratoire ; ces auteurs ont obtenu des différences de jugement entre des bruits de tous les jours (identifiables) et les mêmes bruits rendus non identifiables par un procédé de traitement de signal (tout en conservant les caractéristiques physiques des bruits originaux). Les différences observées sont imputées à la signification du bruit, liée à l'identification de la source.

Troisième facteur principal, la sensibilité au bruit peut se définir comme "l’ensemble des états int

aud

n conclusion, l'étude de la notion complète de gêne nécessite la prise en compte d'aspects très variés. Outre l'établissement de courbes dose / effet, l'étude des relations entre bruit et gêne doit

onore. Certains travaux ection 2 de ce chapitre.

eaux d'exposition.

1.4.1. Comment quantifier et représenter le niveau d'exposition ?

Comme le souligne Liénard [Liénard 1978], une pléthore d'indicateurs ont été développés afin

ernes d’un individu (physiologiques, psychologiques, liés au style de vie ou à l’activité) qui augmente son degré de réactivité au bruit en général" [Job 1999]. Selon Ellermeier et al. [Ellermeier 2001], c’est un attribut stable avec le temps, et non lié aux propriétés auditives de l’individu (tels que le seuil d’audition, la discrimination d’intensité sonore, le temps de réaction

itif). Miedema et Vos [Miedema 1999] évaluent l’influence de la sensibilité au bruit à un correctif équivalent de 11 dB sur le Ldn pour les bruits de transport. Basée sur un échantillon de personnes sensibles ou non au bruit, une étude récente [van Kamp 2004] sur le bruit du trafic aérien confirme l’importance de la sensibilité au bruit en montrant que la sensibilité au bruit est un prédicteur indépendant du niveau d'exposition et peut expliquer jusqu’à 26% de la variance de la gêne exprimée.

E

donc passer par l'étude plus globale de la perception de l'environnement ss'inscrivent dans cette direction : nous en détaillerons les méthodes dans la s

L'utilisation des mesures du niveau d'exposition conserve néanmoins un intérêt, de par leur caractère physique et donc "objectif", pour les aspects réglementaires où la définition d'indices et de seuils sont nécessaires. Dans un contexte environnemental, nous remarquerons que cette mesure du niveau d'exposition est sujette à une grande variabilité, en raison de facteurs tels que les conditions de propagation du son depuis la source, ou l'évolution avec le temps de la contribution d'autres sources de bruit, etc. Ces aspects sont présentés ci-après.

1.4. Bruit de l'environnement et niveaux d'exposition

A la fin des années 70, Murray Schafer écrivait : "L'augmentation des niveaux sonores constitue le trait le plus marquant de l'environnement acoustique de l'industrialisation. L'industrie doit progresser et, avec elle, le bruit." [Schafer 1979]. C'est d'ailleurs en termes de niveaux d'exposition que la plupart des réglementations actuelles traitent les problématiques du bruit de l'environnement. Nous allons dans cette section présenter les problématiques liées à la mesure du niveau d'exposition, et discuter de sa relation avec la gêne, notamment dans le cas de faibles niv

26


de représenter au mieux l'exposition au bruit9. Néanmoins, une tendance internationale apparaît vers le choix de méthodes privilégiant l'usage du niveau de pression acoustique pondéré A, LA(t), moyenné sur différentes périodes temporelles. Ainsi, la Commission Européenne [European Commission 2000] recommande l'usage de l'indicateur Lden, défini par l'équation 1.1 ci-après, qui prend en compte trois périodes de journée distinctes (de 7h à 19h, de 19h à 23h, de 23h à 7h).

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ ++= ∫∫∫ ++ dtdtdtL tLtLtL

denAAA

7

23

10/))(10(23

19

10/))(5(19

7

10/)(10 1081041012

241log10 (1.1)

L'impact acoustique d'un ensemble de sources de bruit (aéroport, autoroute, site industriel) se représente traditionnellement à l'aide d'une cartographie des niveaux d'exposition. La directive européenne 2002/49/CE [Parlement Européen 2002] impose l'établissement de telles cartes de bruit notamment pour toutes les villes de plus de 250000 habitants, les grands aéroports et axes routiers et ferroviaires.

évolue en fonction de la distance à la source, et, pour des dis

fluence de la distance

Le niveau de pression acoustiquetances importantes, le niveau mesuré sur une journée peut varier considérablement selon le jour.

Nous allons aborder brièvement ces aspects dans les paragraphes suivants. Afin de pallier la variabilité court terme des mesures, il est utile de les moyenner sur des durées long terme (plusieurs mois, voire une année) comme le propose la Commission Européenne [European Commission 2000].

1.4.2. In

En première approche, le niveau de pression acoustique diminue lorsque la distance à la source augmente (phénomène de divergence géométrique, cf. [Léwy 2001]). Il est alors possible de relier, par l'intermédiaire du niveau de pression, la notion de distance à la source à la notion de gêne. Dans une étude sur les effets du bruit causé par des sites industriels du secteur chimique dans les zones résidentielles, Häberle et al. [Häberle 1984] ont ainsi relié la distance entre le site industriel et l'habitation, au nombre de plaintes émises par les personnes dont l'habitation se situe à cette distance.

Notons que les ordres de grandeur de la distance source / habitations peuvent varier en fonction du type de source considéré [Embleton 1996] : depuis la dizaine de mètres pour des axes routiers proches, jusqu'à quelques kilomètres pour des aéroports. Dans le cas de sources de bruit industriels, la distance source / habitations est très variable (depuis la dizaine de mètres jusqu'aux kilomètres).

donnée peut varier selon les pays : selon entre certains

pay

De plus, la distance moyenne par rapport à une source Morihara [Morihara 2004], ceci peut permettre d'expliquer les différences observées

s concernant les relations dose / effet pour le bruit de trafic ferroviaire ou routier.

Lorsque la distance à la source augmente, outre la modification du niveau de pression mesuré, le bruit au point de réception subit des modifications spectrales dues aux effets de propagation. La compréhension et la maîtrise de ces phénomènes de propagation constituent un aspect très important de la problématique du bruit environnemental [AFSSE 2004].

9 Le propos ici n'est pas de détailler les différents indicateurs : le lecteur pourra se reporter à [Liénard 1978], [Léwy 2001] et [European Commission 2000].

27


1.4.3.

topL'atmo anière non linéaire selon la fréquence de l'on

s ondes sonores vers le haut ou vers le bas.

et de diffraction sur les bâtiments se trouvant dans l'environnement de la source10.

mps, d'autres fluctuent selon des échelles tem

dis

Ldn inf

Influence des conditions de propagation

La propagation des ondes sonores en milieu extérieur est principalement affectée par la ographie du site, la nature des sols, et les conditions météorologiques [Léwy 2001].

sphère absorbe une partie de l'énergie sonore, de mde ; des effets de réfraction peuvent avoir lieu sous certaines conditions de température et de

vent, courbant les trajectoires de

Outre la divergence géométrique, Embleton [Embleton 1996] liste les différents phénomènes intervenant sur la propagation des ondes en milieu extérieur :

- absorption atmosphérique (absorption moléculaire) ; - effet de sol (interférences entre ondes directes et réfléchies) ; - effets dus aux variations de surface (sols non plats) et aux fluctuations micro-

météorologiques (réfraction, turbulences).

faut également citer les effets de réflexion Il

Certains de ces phénomènes sont stables dans le teporelles propres. Ceci pose problème pour le calcul de niveaux long terme à partir de mesures

de contrôle effectuées sur le court terme [AFSSE 2004], et constitue l'objet de nombreuses recherches pour une meilleure prise en compte des effets de propagation dans les études d'impact acoustique. En particulier, des projets sont menés afin de classifier l'influence relative des paramètres physiques décrivant les différents phénomènes sur la propagation acoustique à longue

tance [Junker 2005a].

1.4.4. Le cas des niveaux d'exposition faibles

Le cas de niveaux d'exposition faibles correspond relativement bien à la problématique des bruits industriels. A titre d'exemple, pour des bruits industriels à caractère tonal, une analyse de 50 plaintes menée par Häberle et al. [Häberle 1984] montre que le niveau de pression équivalent moyen des sources à l'emplacement de la plainte était de 50 dB(A).

Marquis-Favre et al. [Marquis-Favre 2005] rappellent que la gêne due au bruit de trafic apparaît pour des niveaux supérieurs à 55 dB(A), et que très peu d’études concernent des bruits de

érieurs, à 40 dB(A). Cependant, une étude de Fields [Fields 1993] souligne que même pour des niveaux Ldn inférieurs à 55 dB(A), une (faible) proportion de la population peut être très gênée (au sens "Highly Annoyed"). Mais la notion de relation dose / effet garde-t-elle son sens pour des niveaux inférieurs ? Dans le cas des éoliennes, une récente étude in situ [Pedersen 2004] révèle la prépondérance des facteurs non acoustiques, et en particulier le rôle du caractère intrusif de la source dans l’environnement des riverains.

Nous allons examiner le cas des faibles niveaux d'exposition au travers des résultats de différentes études en laboratoire, détaillés ci-après.

10 Le lecteur trouvera une description détaillée de ces différents phénomènes en Annexe B.

28


Dans le cadre de tests mettant en œuvre des niveaux d'exposition faibles, Fidell et al. ont montré que la gêne semble plus corrélée à la notion de détectabilité ou intrusion (intrusiveness) d'un bruit dans un environnement sonore donné, qu'au niveau de pression acoustique du bruit lui-même [Fidell 1979]. En utilisant des sons naturels (diffusés à l'envers pour les rendre non identifiables) Bjö

s aco

(travaux de Porter détaillés dans [Berry 2004]).

s tests en laboratoire, mettant en oeuvre des niveaux d'exposition faibles, la nfluence du niveau d'exposition sur la gêne reste donc à confirmer. Citons

no

1.5

rk [Björk 1986] a montré que pour une plage de niveau d'exposition variant de 45 à 90 dB(A), la relation entre détectabilité et gêne disparaît lorsque le niveau de pression augmente : dans cette expérience pour laquelle la gêne mesurée n'est pas liée à la signification des bruits, Björk souligne que la théorie de Fidell et al. n'est alors vérifiée que pour de faibles niveaux. Pour des sons stationnaires, le modèle de gêne présenté par Preis [Preis 1996] est également lié à l'intrusion : le modèle de Preis est une une combinaison linéaire de deux termes, le premier lié au niveau de pression acoustique perçu (basé sur l'écart de sonie entre le bruit considéré et le bruit de fond) et le second lié à l'intrusion (intrusiveness, défini par Preis comme l'écart d'acuité11 entre le bruit considéré et le bruit de fond), ce deuxième terme devant prépondérant pour de faibles niveaux d'exposition.

Certains auteurs défendent l'idée que pour des faibles niveaux d'exposition, les caractéristiqueustiques du bruit jouent un rôle plus important. Ainsi, Cardozo et al. soulignaient déjà dans une

étude en laboratoire menée en 1979 que pour des niveaux faibles, il serait important de compléter la seule mesure du niveau de pression acoustique par des critères relatifs aux aspects physiques des sons, autres que le LAeq [Cardozo 1979]. Dans le cas de bruits à caractère impulsionnel, Rice [Rice 1996] a montré qu'à des niveaux de l'ordre de 50 dB(A), il est nécessaire d'ajouter à la mesure du niveau de pression acoustique équivalent (LAeq) un correctif lié au caractère impulsionnel, estimé à 10 dB(A). A des niveaux plus élevés, la correction proposée tombe à 0 dB. De même, dans le cas de bruits à caractère tonal, des expériences en laboratoire mettant en œuvre des niveaux variant entre 35 et 65 dB(A) ont souligné le fait que les correctifs liés à l'aspect tonal sont plus importants lorsque le niveau de pression acoustique est faible

Pour ces différentprépondérance de l’i

tamment les travaux de Persson Waye et Öhrström sur les bruits d’éoliennes [Persson Waye 2002] : le niveau de pression acoustique des stimuli utilisés est de l'ordre de 30 à 50 dB(A), et les auteurs montrent une faible corrélation entre niveau d'exposition et gêne exprimée. Il est également intéressant de mentionner le fait que Persson Waye et Öhrström ont testé un ensemble de critères psychoacoustiques relatifs aux caractéristiques des bruits d'éoliennes, sans trouver de corrélation forte avec la gêne. La prise en compte des facteurs non acoustiques semble ici primordiale.

. Synthèse

Nous avons mentionné succinctement les problématiques liées à la mesure du niveau d'exposition, et à l'évaluation de la gêne provoquée par le bruit de l'environnement. Dans un souci d'exhaustivité, il faudrait également mentionner les études liées à la multi-exposition. En effet,

11 L'acuité (sharpness) est un indicateur psychoacoustique relié à la distribution spectrale de sonie (cf. Annexe I).

29


l'environnement sonore d'un lieu donné résulte généralement de la contribution de plusieurs sources distinctes (trafic, bruit industriel, bruit de voisinage par exemple) ; les relations entre contributions individuelles et gêne globale restent difficiles à établir. Concernant ce point, le lecteur pourra se référer au document très complet rédigé par l'AFSSE [AFSSE 2004] et à la synthèse de Marquis-Favre et al. [Marquis-Favre 2005].

D'une part, l'évaluation de la gêne s'avère problématique, non seulement en raison de la multiplicité des aspects qu'englobe cette notion, mais également en raison du nombre et de la variété des facteurs d'influence, qu'ils soient acoustiques ou non acoustiques. D'autre part, la mesure des niveaux d'exposition dans un contexte environnemental est dépendante de phénomènes var

individu, ou encore la sensibilité au bruit, a été soulignée. Il est évidemment impossible d'étudier l'ensemble de ces points de manière globale : afin de mieux appréhender les relations entre un facteur donné et la gêne, ou d'étudier de manière plus qualitative comment un environnement sonore est perçu, différentes méthodes d'étude, in situ ou en laboratoire, sont utilisées. Nous en effectuons une synthèse dans la section 2 de ce chapitre.

ure peu

ambiant lorsque le bruit étudié est de niveau comparable [Finegold 2004]. Dans la troisième section de ce chapitre, nous nous intéresserons à ces aspects, rel

l'environnement sonore

de la gêne (cf. sections 2.1 à 2.3). Celle-ci peut s'effectuer de manière directe (comme par exemple dans les questionnaires demandant aux riverains d'évaluer la gêne

analyses des plaintes ou des perturbations des activités).

de l'en

iables tels que les fluctuations météorologiques, et l'établissement de niveaux dits de long terme (qui ont un intérêt réglementaire) reste un sujet d'étude. La représentation des liens entre bruit et gêne par les seules relations dose / effet constituent une limitation importante pour l'étude des problèmes de bruit dans l'environnement. En effet, l'importance de la prise en compte de facteurs dits non acoustiques, tels que le sens des stimuli pour l'

Parmi les enjeux pour de futures recherches, on peut retenir l'importance d'une meilleconnaissance de certaines sources de bruit (notamment les sources de bruit industriel, encore étudiées), et l'étude de l'influence du bruit

ativement à l'impact des sources de bruit industriel.

2. Méthodes d'étude de la gêne et de la perception de

Nous présentons ici les différentes méthodes d'étude de l'impact environnemental du bruit, à commencer par l'évaluation

ressentie), ou indirecte (en relation avec des

Nous présenterons ensuite les méthodes permettant l'étude plus qualitative de la perception vironnement sonore (cf. section 2.4).

Enfin, nous comparerons, dans une section de synthèse (section 2.5), les avantages et inconvénients des approches in situ et en laboratoire, ces dernières soulevant la question de la validité du contexte.

30

2. Méthodes d'étude de la gêne et de la perception de l'environnement sonore

2.1. Evaluation directe de la gêne

2.1.1. Approche classique : les enquêtes in situ

Classiquement, les enquêtes in situ permettent principalement d’établir des corrélations entre une gêne évaluée en contexte réel et sur le long terme, et des mesures d'exposition au bruit [Namba 2004] ; les facteurs non acoustiques sont pris en compte. Néanmoins, cette méthode ne permet aucun contrôle sur le bruit évalué ; les personnes interrogées évaluent en effet l'ensemble de leur environnement sonore.

L'utilisation de questionnaires présentant des échelles unidimensionnelles (le plus souvent de type catégoriel) permet une évaluation directe de la gêne par la personne interrogée. Afin de per

r le type d'échelle, le lib

es données issues des enquêtes in situ.

ent pas sur l'étude de la signification de l'environnement sonore et des attentes associées, supposées expliquer

mettre une comparaison systématique des données recueillies, des efforts de standardisation des questions, des types d'échelles et des termes employés sont effectués par l'ICBEN (International Commission on Biological Effects of Noise) : une étude internationale du groupe de travail "bruit" de l'ICBEN [Fields 2001b] a permis de formuler des recommandations su

ellé des questions, et le choix des termes pour différentes langues. Ainsi, la question-type recommandée en français est : "Si vous pensez aux douze derniers mois, quand vous êtes ici chez vous, le bruit vous gêne-t-il ?". En anglais, trois verbes sont utilisés (bother, annoy, disturb), reflétant les différents aspects du concept de gêne (cf. section 1.3.1).

Marquis-Favre et al. [Marquis-Favre 2005] soulignent que la mesure de la gêne peut constituer un domaine de recherche en elle-même, ne serait-ce que par rapport à des questions telles que la fiabilité, la répétabilité et la stabilité dans le temps ; ces points sont fondamentaux pour permettre une réelle comparaison des nombreus

Les jugements de gêne recueillis par ce type d'enquêtes peuvent être considérés comme des jugements absolus [Namba 2004] : ceci permet de déterminer des niveaux d'exposition limites, reliés à un pourcentage de personnes se déclarant gênées ou très gênées. Les données recueillies par les questionnaires permettent également de tester l'influence des facteurs socio-démographiques, d'attitude et situationnels décrits en section 1.3.3 [Job 1988], [Fields 1993], [Miedema 1999], [van Kamp 2004]. Néanmoins, les questionnaires standardisés ne se concentrent généralem

en partie la variabilité des réponses.

Notons que cette approche est difficilement applicable par un industriel pour évaluer l'impact environnemental sonore de ses sites. En effet, le simple fait de questionner les riverains alentours vis-à-vis du bruit produit par le site industriel laisse à penser que des actions de réduction du bruit sont envisageables, et peut provoquer une augmentation du nombre de plaintes (Moch souligne en effet que le mécontentement s'exprime d'autant plus aisément que l'on estime possible de faire cesser le bruit [Moch 1989]), ce qui n'est évidemment pas dans l'intérêt de l'industriel.

2.1.2. Evaluation directe de la gêne en laboratoire

Classiquement, les méthodes d'échelonnement unidimensionnel, employant différents types d'échelles (décrites dans de nombreux ouvrages, dont [Bonnet 1986]), sont utilisées. Dans ce cas,

31


une unique valeur est affectée à chaque stimulus. Plus récemment, des techniques d'évaluation continue de la gêne [Namba 2004], [Geissner 2005] ont été testées pour des stimuli longs (plusieurs minutes) et évoluant dans le temps : elle permettent une notation en temps réel, et fournissent un ensemble de valeurs relié à l'évolution temporelle du stimulus.

L'évaluation est effectuée sur le court terme (quelques secondes, parfois quelques heures), ce qui soulève la question de la représentativité des résultats par rapport à une exposition de long terme (ce point sera abordé dans la section 2.5.4). Néanmoins, ces expériences permettent le contrôle précis des paramètres physiques des stimuli sonores diffusés et constituent, selon Rice [Rice 1996], un moyen très utile de développer des modèles de réponse spécifiques pour une

tique acoustique donnée (tonalités, forme global, ou dans un environnement sonore

con

2.2

aér

à des niveaux élevés. Un exemple donné par l'EPA [EPA 1981] : pour un Ldn de 70 dB, environ 10% de la population est censée porter plainte, alors que 25 à 40 % de la population est gênée. Pour un Ldn de 55 dB, les plaintes sont quasi inexistantes.

La , les personnes très gênées ne portan plique Moch [Moch 1989], "on ait, en effet, que seuls le font en général, les individus issus d'un milieu socio-culturel relativement

éle

catégorie de bruits particulière ou une caractérisspectrale…), isolément d'un environnement sonore

trôlé. Ce type d'études en laboratoire permet donc l'établissement de modèles de gêne liés à certains facteurs acoustiques, pour une catégorie de bruits bien identifiée, étudiée hors contexte. Etant donné l'importance des facteurs non acoustiques sur la gêne (cf. section 1.3.3), la portée de tels modèles, pour la caractérisation en contexte d'un environnement sonore signifiant, est cependant à valider.

. La gêne mesurée par les plaintes

Comme l'explique Fidell [Fidell 2003], la comptabilisation des plaintes reçues par les autorités a été historiquement utilisée comme mesure de la réaction d'une population au bruit, avant les travaux de Schultz et l'utilisation du %HA (pourcentage de personnes très gênées). Une courbe établie par l'Environmental Protection Agency américaine (EPA) en 1974 pour le bruit de trafic

ien (reproduite dans [Fidell 2003]) met en relation le pourcentage de plaignants avec le %HA. Nous l'avons reproduite en figure 1.2. Celle-ci montre, sans surprise, que le pourcentage de plaignants augmente avec le nombre de personnes très gênées.

D'après ces données concernant l'environnement des aéroports, le pourcentage de plaignants est inférieur au pourcentage de personnes très gênées (pour un niveau d'exposition donné), et ne devient important qu'

relation entre nombre de personnes gênées et nombre de plaintes est donc variablet pas toujours plainte. Comme l'ex

své, conscients de leurs droits et qui pensent pouvoir être entendus. Ainsi, on ne dispose pas là

d'un critère très fiable pour rendre compte de l'ampleur du phénomène de gêne ressentie par les populations."

32


Figure 1.2. Relation entre pourcentage de plaignants et de personnes très gênées, en fonction de

l'indicateur de niveau d'exposition Ldn. Données relatives au bruit de trafic aérien, 1974.

à p

Fidell [Fidell 2003], leur analyse et leur interprétation est aujourd'hui facilitée, de par la mise en place de nombreux systèmes de monitoring acoustique continu, notamment autour des aéroports et grands axes

es des sieurs

exemples pratiques sont donnés dans [Fidell 2003].

Figure reproduite dans [Fidell 2003].

Examinant d'autres données (non spécifiques au bruit de trafic aérien), Moch constate que la majorité des plaintes porte le plus souvent sur des sons d'intensité peu élevée, et concernent les bruits de voisinage rencontrés dans l'habitat [Moch 1989]. Elle explique ce fait quelque peu surprenant par la notion de possibilité d'une action envers la source12 : "les techniciens chargés de mesurer les niveaux sonores et de préciser la réalité physique des nuisances acoustiques sont souvent amenés à constater que la circulation automobile couvre les bruits de l'habitat, ce qui tend

rouver que le mécontentement s'exprime d'autant plus aisément que l'on estime possible de faire cesser le bruit. Dans cet esprit, les sons émanant du trafic routier souvent considéré comme inévitable, seraient alors moins sujets à revendications spontanées – par contre, ils sont cités en priorité dans les enquêtes par questionnaires–."

Au début des années 80, la notion de gêne (par l'emploi du %HA) fut considérée comme un indicateur plus fiable de la réaction d'une population, et préférée à la comptabilisation des plaintes. L'utilisation des plaintes est depuis marginalisée. Cependant, selon

routiers. Pour les bruits des transports, l'utilisation de cartes des distributions géographiquplaintes permet de compléter utilement les cartographies du niveau d'exposition : plu

12 Cette notion apparaît également dans les travaux de Mzali [Mzali 2002] évoqués en section 1.3.1 : dans les rames de TGV les bruits dus au mouvement du train, considérés comme inévitables, sont qualifiés de désagréables, tandis que les bruits dus aux autres passagers, qui pourraient être évités, sont qualifiés de gênants.

33


2.3. Les études liées aux perturbations des activités

Outre l'évaluation directe de la gêne, certaines études évaluent l'effet du bruit au travers de l'observation des perturbations provoquées par celui-ci, comme par exemple l'observation de comportements tels que l'ouverture des fenêtres, la prise de somnifères, etc. (on pourra se référer pour ces exemples à la synthèse de Marquis-Favre et al. [Marquis-Favre 2005]. Ces approches

u béhaviorisme13, approche qui se concentre sur l'étude du environnement en tant que déterminant du comportement.

s conditions expérimentales nécessaires à un comportement "habituel" du sujet en l'absence de

sonore

ances sonores urbaines.

es méthodes permettent d'étudier, plus globalement, l'appréciation qualitative d'un on 2.4.

Si cette méthode présente l'avantage de permettre la qualification d'un stimulus à l'aide de mots, elle présente néanmoins l'inconvénient d'imposer au sujet les termes à utiliser, et pose le problème de la signification attribuée à ceux-ci par chaque sujet. Le choix des termes se confronte à deux

s'inscrivent dans le cadre théorique dcomportement observable et du rôle de l'

Il faut également mentionner les études réalisées en laboratoire, basées sur l'évaluation de l'interférence du bruit avec une tâche cognitive telle que lecture [Persson Waye 2002], [Ishibashi 2004] ou exercices de logique [Landström 1991]. Il est alors possible d'étudier si les sujets ont remarqué la présence du bruit, dans le cas de faibles niveaux d'exposition [Persson Waye 2002]. Notons que l'étude de la modification des comportements en laboratoire nécessite au préalable de réunir le

bruit perturbateur. Nous détaillerons ce point dans la section 2.5.1.

2.4. Vers l'étude plus globale de la perception de l'environnement

Les approches méthodologiques reliant les effets du bruit aux seules informations de niveau sonore masquent l'influence de l'identification et de qualification des sources sur la perception, pourtant mise en évidence dans les travaux de Ballas [Ballas 1993] et Guyot [Guyot 1996] pour la classification de bruits "de tous les jours" ou domestiques, et par Maffiolo [Maffiolo 1999] et Guastavino [Guastavino 2003] pour la caractérisation d'ambi

Denvironnement sonore. Elles sont présentées dans cette secti

2.4.1. Différentiel sémantique

Initiée par Osgood dans les années 50, cette méthode consiste à présenter au sujet plusieurs échelles bipolaires opposant deux adjectifs contraires, le sujet devant qualifier le stimulus sonore à l'aide d'une note sur chaque échelle. Cette méthode suppose la continuité des échelles d'une borne à l'autre, ainsi qu'un traitement dimensionnel des échelles étudiées. Elle a notamment été utilisée pour l'évaluation de l'environnement sonore urbain [Namba 2004], [Viollon 2000b], [Raimbault 2002].

13 Pour plus de détails, le lecteur pourra se référer à Guastavino [Guastavino 2003].

34


problèmes : les termes doivent être adaptés à la description des stimuli étudiés (ce qu'il est difficile de savoir a priori), et les deux termes d'une même échelle doivent avoir une signification opposée.

Dans ses travaux de thèse, Raimbault [Raimbault 2002] a montré que l'ajout d'une consigne dem

ante.

res et questionnaires ouverts

elles ne suffisent pas à en donner une description complète, car, comme l'explique Vogel [Vogel 1999], elles sont centrées sur l'étude d'un objet physique, et non sur sa représentation psychologique par l'individu. D'autres mé odes, issues notamment de la psychologie cognitive15, se basent sur un paradigme différent : la

rtir d'une description physique du phénomène sonore, puis d'étudier com

dessous, incluant des phases d'entretien libre avec l'auditeur, permettent le recueil et l'analyse des descriptions

ar les auditeurs.

parcours. Cette technique a été principalement appliquée pour [Raimbault 2002], [Berglund 2004].

andant une justification libre de chaque réponse (par exemple, échelle "agréable / désagréable" suivie de "en quoi") permet mieux interpréter les réponses des sujets et leur utilisation de l'échelle. Mais ceci ne résout pas le problème du choix a priori d'un ensemble de mots isolés14. Pour l'étude de la perception de l'environnement sonore, d'autres techniques utilisant le langage ont été développées ; elles sont présentées dans la section suiv

2.4.2. Entretiens lib

Si les représentations physicalistes (interprétant le phénomène sonore sous forme de mesure, comme par exemple sur une échelle de gêne, ou sur un ensemble d'échelles bipolaires imposées à l'auditeur) sont essentielles et nécessaires à la description des bruits,

thdémarche n'est pas de pa

ment l'individu l'interprète, mais l'inverse. Il est alors possible de décrire la perception de l'environnement sonore en lien avec les représentations mentales des auditeurs. Ces représentations en mémoire d'événements sonores signifiants pour les individus sont propres à chacun, mais sont souvent partagées, en partie, par un groupe d'individus, par exemple de même culture.

Le langage constitue un mode d'accès privilégié à ces représentations (cf. travaux de Dubois, Maffiolo, Guastavino, Raimbault ou encore Mzali [Dubois 2000], [Maffiolo 1999], [Guastavino 2003], [Raimbault 2002], [Mzali 2002]). Les différentes méthodes présentées ci-

verbales (verbalisations) effectuées p

Parcours commentés Développée au CRESSON, cette technique consiste à recueillir les commentaires d'individus se

déplaçant librement dans l'environnement étudié, et à les confronter à des observations et mesures acoustiques effectuées pendant le l'étude de l'environnement urbain

14 Pour contourner ce problème, d'autres méthodes d'échelonnement multidimensionnel sont utilisées en psychoacoustique, comme par exemple la méthode des comparaisons par paires : elle met en œuvre un jugement de similarité et / ou de préférence entre les deux sons d'une paire. Un corpus de stimuli sonores peut ainsi être évalué par présentation successive des différentes paires possibles. Les fondements théoriques et l'utilisation de cette technique sont décrits dans de nombreux ouvrages, dont dans [Bonnet 1986]. 15 Pour une présentation de l'apport de la psychologie cognitive et de la linguistique à l'étude de la perception des phénomènes sonores, le lecteur pourra se référer à [Maffiolo 1999] et [Guastavino 2003].

35


Cartes mentales sonores Cette méthode fait partie des méthodes développées par Amphoux [Amphoux 1993] pour

étudier l'identité sonore des villes. Elle consiste à demander aux sujets de dessiner une carte des am iances sonores de leur ville, puis de commenter leur dessin. Outre le langage, l'expression

omme mode d'accès aux représentations des individus. Selon Guastavino [G

nnement sonore urbain, cette méthode consiste à réunir des usagers et des experts (urbanistes, etc.) pour une dis

Initiée au CRESSON par Augoyard (et décrite dans [Amphoux 1993]), cette technique place le nt sonore simulé (il écoute des enregistrements de l'environnement

que le sujet se trouve impliqué dans une n et de commentaires des événements sonores. Le

dis

x, ser b

QuestiApp

"qu'appréciez-vous dans ce lieu ?") sont habituellement élaborés à partir des thèmes identifiés lors d'e

e que nous avons listées dans cette section sont basées sur l'an nsibles des ind idl'organ

bgraphique est ici utilisée c

uastavino 2003], la représentation graphique privilégie la description de l'environnement sonore en termes de sources, plus faciles à dessiner que les propriétés physiques du bruit. Cette méthode a été adaptée et utilisée par Maffiolo [Maffiolo 1999] pour l'étude du Paris sonore.

Enquêtes phono réputationnelles

Egalement adaptée par Amphoux [Amphoux 1993] pour l'étude de l'enviro

cussion visant à réunir divers points de vue et à affiner les résultats issus des cartes mentales sonores. Les fondements théoriques de cette méthode ne sont cependant pas explicités par Amphoux.

Entretien sur écoute réactivée

sujet dans un environnemesonore étudié). Dans ce contexte, Amphoux suppose activité de reconnaissance, de discriminatio

cours s'appuie alors sur "les différences entre les représentations qu'il se fait de tel ou tel espace sonore et la perception qu'il en a à l'écoute enregistrée". Cette technique pose néanmoins le problème de la validité des conditions de restitution sonore : le sujet doit en effet reconnaître l'environnement sonore enregistré, pour que les représentations mentales élaborées en laboratoire soient comparables à celles élaborées en situation réelle, c'est-à-dire permettre "la réactivation d'une écoute ordinaire, telle qu'elle est vécue au quotidien". Ce point, non étudié par Amphou

a a ordé dans la section 2.5.

onnaires ouverts elés aussi semi-directifs, ces questionnaires à réponses ouvertes (par exemple,

ntretiens libres (cf. méthodes précédentes). Parmi les travaux ayant utilisé cette méthode, nous citerons par exemple les travaux du LAM sur la qualité sonore des espaces verts (cf. [Maffiolo 1999], les travaux de Raimbault sur l'environnement sonore urbain [Raimbault 2002], ou encore ceux de Mzali sur l'évaluation du confort acoustique dans les trains [Mzali 2002].

Les différentes méthodes d'étudalyse des verbalisations, utilisées comme un mode d'accès aux représentations seiv us. Des méthodes basées sur le concept de catégorisation permettent d'appréhender

isation de ces représentations : ceci fait l'objet de la section suivante.

36


2.4 .

ThéoriLes fournies par nos différents sens (audition, vision, etc.) constituent des flots

d'informations relatives à notre environnement. La catégorisation est un processus cognitif qui nous per

;

Selon Rosch [Rosch 1978], deux principes régissent la construction des catégories :

des plumes qu'avec un bec et de la fourrure.

anisation hiérarchique des connaissances. Un sujet peut cla

'organisation hié cvertica

Selocatégorfruits : fruits, eu de dissimi[Rosch bine un axniveau

.3 Catégorisation

e de la catégorisation prototypique données

met de "segmenter l'environnement en classifications par lesquelles des stimuli non identiques puissent être traités comme équivalents" [Rosch 1978]. Le concept de catégorisation prototypique, défini par Rosch [Rosch 1978] pour le domaine de la perception visuelle, puis analysé par Dubois [Dubois 1997], [Dubois 2000] pour d'autres modalités sensorielles, repose sur deux hypothèses :

- les connaissances en mémoire sont structurées en catégories- une catégorie est conçue comme un groupe d'objets rassemblés autour d'un exemplaire

caractéristique de la catégorie (le prototype), selon différents degrés de similarité. L'organisation des catégories est donc régie par des relations de similarité et de dissimilarité entre objets.

Notons que le concept de catégorisation prototypique s'oppose à la conception dite "classique" de la catégorisation, selon laquelle l'appartenance à une catégorie est régie par des conditions nécessaires et suffisantes de possession d'un ensemble de propriétés (en d'autres termes, les propriétés partagées par les membres d'une même catégorie définissent l'appartenance). A la différence de la théorie classique, la catégorisation prototypique permet de rendre compte de structures internes aux catégories.

- le principe d'économie cognitive : il permet de réduire les différences entre stimuli dans des proportions directement utilisables par l'organisme dans une situation donnée. Ainsi, associer un objet à une catégorie permet de déduire l'existence d'une multitude de propriétés de l'objet, selon le principe d'inférence ;

- le principe dit de la structure du monde perçu, qui suppose que celle-ci n'est pas régie par les lois du hasard, et implique des différences de co-occurrence pour certains traits. Ainsi, un oiseau est plus souvent observé avec un bec et

La catégorisation repose sur une orgsser un même ensemble d'objets de manière différente, selon le contexte. Il peut également

classer cet ensemble d'objets selon différents niveaux d'abstraction. Selon Rosch, Lrar hique des catégories s'effectue donc sur deux dimensions [Rosch 1978] : horizontale,

le. Nous allons décrire succinctement ces deux dimensions.

n le niveau d'abstraction (dimension verticale), l'équilibre entre les similarités intra-ielles et les dissimilarités inter-catégorielles évolue. Guyot [Guyot 1996] prend l'exemple de à un niveau abstrait, les objets d'une même catégorie ont peu de similarités (ce sont tous des mais c'est leur seul trait commun), tandis qu'à un niveau moins abstrait, il y a plarités entre deux catégories (par exemple, entre pommes grany et pommes golden). Rosch 1978] a montré qu'il est possible d'identifier un niveau d'abstraction privilégié, qui com

m imum de similarités intra-catégories et un maximum de dissimilarités inter-catégories : ce est appelé niveau de base. Guyot [Guyot 1996] souligne l'influence du niveau de base sur

37


les nivet pou commune, partageant ainsi des niveaux de bas

Ap

eaux plus élevés. Selon elle, un test de catégorisation n'a de sens que dans un contexte donné r des sujets ayant une expérience et une culture

e comparables.

La dimension horizontale est selon Rosch [Rosch 1978] organisée autour du concept de prototype. C'est l'objet qui a les relations de similarité les plus nombreuses avec les autres objets de la catégorie. Le prototype constitue le meilleur représentant de la catégorie : il possède les propriétés jugées typiques de la celle-ci. Mais l'appartenance à une catégorie n'est pas déterminée par le partage d'un même ensemble de propriétés : ce sont les relations de similarité et de dissimilarité entre objets et prototypes qui définissent des degrés d'appartenance des objets aux catégories : les frontières entre catégories sont donc floues.

plication au domaine de l'audition Analysant les travaux menés sur l'application du paradigme de Rosch au domaine de l'audition

(en particulier [Guyot 1996] et [Maffiolo 1999]), Dubois [Dubois 2000] montre que : - les stimuli sonores peuvent être structurés en catégories. De plus, les représentations des

stimuli sonores sont de deux types : les stimuli sonores peuvent être traités comme des bruits d'une source (le bruit comme "effet d'une source" est alors décrit par des termes reliés à la source), soit comme des sons en tant que phénomène acoustique objectivé (équivalents sonores des couleurs, ils sont alors décrits en termes de propriétés physiques). Un même stimulus peut être traité de l'une ou l'autre manière, selon les individus et le contexte ;

- la notion de prototype s'applique également au domaine de l'audition. Cependant, cette notion semble moins bien établie pour les sons traités en tant phénomène acoustique ;

- les catégories semblent structurées par des principes tels que la classification selon la source à l'origine du phénomène sonore (d'où l'influence de sa reconnaissance), ou la classification selon un jugement hédonique tel que caractère agréable ou désagréable du stimulus sonore

stimuli olfactifs, est parfois pertinent pour

n perceptive des dispersions de

ressemblance, ou le désagrément). Le traitement cognitif dépendant du contexte, la formulation de la consigne est décisive et doit être donnée de manière précise. Une fois les catégories formées par le sujet, il est possible de demander une description verbale de chaque catégorie, et la désignation d'un prototype. L'analyse des verbalisations guide alors dans la compréhension de la formation des

(ce caractère, influent pour la catégorisations deexpliquer la catégorisation de stimuli sonores).

Depuis l'application par Guyot de la catégorisation au domaine de la qualité sonore [Guyot 1996], de nombreux travaux ont utilisé cette méthodologie. Maffiolo [Maffiolo 1999] et Guastavino [Guastavino 2003] l'ont appliqué pour l'étude de stimuli issus de l'environnement sonore urbain. Tardieu et al. [Tardieu 2004] ont quant à eux montré l'influence de la reconnaissance des sources sonores sur la perception des ambiances sonores de gares. La méthode de catégorisation a été également appliquée par Koehl pour l'évaluatio

structure d'un système mécanique simple (moteur+plaque) [Koehl 2005] ; Houix [Houix 2003] l'a utilisée afin de tester l'influence de la représentation auditive de la géométrie des sources étudiées (en l'occurrence, des barres en métal ou en bois, frappées) sur leur reconnaissance.

La consigne donnée aux sujets pour un test de catégorisation est généralement simple : il leur est demandé de former des catégories d’objets selon un attribut commun (par exemple, la

38


familles. Cette méthode présente donc l'avantage de permettre le regroupement et la différenciation d'objets sans recours simultané au langage, tout en permettant ensuite une description verbale libre des catégories formées. Pour le domaine auditif, elle ne peut s'effectuer qu'en laboratoire, pu

2.4.4. Un courant en fort développement

oches classiques centrées sur l'établissement permettent d'envisager

un

armi les récentes études s'inscrivant dans ce courant, nous citerons notamment les travaux de 2006] sur l'environnement sonore des zones

midor [Sémidor 2006] sur l'enregistrement de es lors de "marches sonores", les travaux de Ishibashi et al. [Ishibashi

20

s lieu donné (par exemple, 80% dans un parc [Nilsson 2006]).

la validité du contexte : ceci fait l'objet de la sec

isqu'elle nécessite de pouvoir réécouter les séquences sonores pour les comparer, et pousse à s'interroger sur la notion de validité du contexte de l'expérience. Nous en discuterons dans la section 2.5.

Afin de pallier les limitations inhérentes aux apprde courbes dose / effet, les méthodes présentées dans toute cette section 2.4

e approche plus globale de la perception de l'environnement sonore. Ce courant connaît depuis une dizaine d'années un fort développement au niveau international, avec notamment l'organisation de sessions portant le label "soundscape" (selon le terme introduit par Schafer [Schafer 1979]) lors de certains congrès internationaux16, ou encore la récente parution d'un numéro de la revue Acta Acustica united with Acustica17, principalement consacré à ce thème.

PBerglund et Nilsson [Berglund 2004], [Nilssonrésidentielles et des parcs, les travaux de Séséquences sonores urbain

04] sur l'environnement sonore dans les habitations, ou les travaux de Minoura et Hiramatsu [Minoura 2004] sur l'environnement sonore de zones mixtes industrielles / résidentielles. Le lecteur trouvera également une synthèse des travaux de l'école japonaise autour du concept de soundscape dans [Hiramatsu 2006].

Notons que tout comme l'évaluation du niveau d'exposition au bruit, l'évaluation plus globale de l'environnement sonore nécessite le développement de critères appropriés et la définition de cibles [Kihlman 2004]. A titre d'exemple, une cible peut consister un en certain pourcentage de personnes satisfaites de l'ambiance sonore dan

2.5. Etudes in situ ou en laboratoire ?

Les différentes méthodes présentées dans la section 2.4 s'appliquent, selon les cas, en laboratoire (en utilisant un environnement sonore reproduit) et/ou in situ. La mise en place d'expériences de laboratoire pose le problème de

tion 2.5.1. Nous présenterons ensuite différentes études comparant des résultats d'expérience in situ et en laboratoire, puis une synthèse des avantages et inconvénients respectifs.

16 Forum Acusticum, Internoise, ICA… 17 Dossier "soundscape research" dans Acta Acustica united with Acustica, vol 92, n°6, novembre-décembre 2006.

39


2.5.1. Validité du contexte de simulation

Environnement sonore En laboratoire, les stimuli sonores peuvent être de nature différente. L'usage de stimuli de

synthèse est adapté à l'étude d'aspects spécifiques des bruits de l'environnement (comme l'aspect tonal, cf. [Hellman 1984], [Robinson 1992], ou l'aspect impulsionnel, cf. [Boullet 2005]) ; mais l'applicabilité des résultats à des bruits de l'environnement, généralement plus complexes, peut s'avérer délicate [Berry 2004]. L'étude de l'impact du bruit de l'environnement nécessite donc

istrements [Pedersen 2000a], [Meunier 2001], [Persson Waye 2002], [Ellermeier 200

t en ce sens de "validité écologique" des enregistrements. Ce sou

l'utilisation d'enreg4a] ; Certains utilisent des bruits de l'environnement modifiés, par exemple par l'ajout d'une raie

dans le spectre [Bengtsson 2004].

L'utilisation d'enregistrements pose la question de la validité de l'environnement sonore reproduit : la signification de l'environnement sonore, perçu à l'écoute de l'enregistrement, doit être la plus proche possible de celle qu'on lui attribue dans le contexte habituel. Maffiolo [Maffiolo 1999] et Vogel [Vogel 1999] parlen

ci de validité du contexte de simulation peut impliquer, selon les cas, une recherche de similarité des sons "originaux" et "reproduits" en termes de spectre, ou de similarité de la sensation d'immersion dans le son (cf. [Guastavino 2003]).

De plus, le point choisi pour l'enregistrement d'un bruit ne correspond pas forcément à la situation d'écoute désirée : par exemple, une source de bruit peut être enregistrée en extérieur, et la situation étudiée est une écoute depuis l'intérieur d'une habitation. Un filtrage des enregistrements peut permettre de représenter une condition d'écoute souhaitée : le gain du filtre peut représenter uni

est perceptivement important, afin de juger de la nécessité de leur prise en compte.

Contexte et gêne

habituelle" : par exemple, peut-on "se détendre en lisant un

quement l'atténuation due à la paroi d'une habitation [Berry 1992], [Poulsen 2002], [Ma 2004], ou tenir compte également de certains phénomènes liés à la propagation. Nous avons identifié deux études correspondant à ce cas [Boussard 2001], [Vos 2003], dont les filtres prennent en compte les phénomènes de divergence géométrique et d'absorption atmosphérique entre le point d'enregistrement et le point d'écoute représenté. Cependant, nous n'avons pas relevé d'études utilisant des filtres prenant en compte l'effet de sol ou les effets météorologiques, qui sont aussi très importants dans un cadre environnemental (cf. section 1.3.3). Si cela peut s'expliquer par la plus grande difficulté à modéliser ces phénomènes, il serait néanmoins intéressant de savoir si leur effet

Quels sont les aspects du concept de gêne qui peuvent être étudiés en situation de laboratoire ? Les aspects socio-psychologiques de la gêne ne peuvent pas être évalués en contexte de laboratoire ; cependant l'étude de facteurs non acoustiques, tels que la sensibilité au bruit [Ellermeier 2001], ou de données socio-démographiques, reste possible. De nombreuses études en laboratoire incluent un questionnaire relatif à ces points (par exemple, [Persson Waye 2002], [Poulsen 2002], [Bengtsson 2004]).

Pour les études basées sur l'observation des interférences du bruit vis-à-vis de l'activité du sujet, se pose le problème de savoir si le contexte de laboratoire permet au sujet d'effectuer la tâche ou l'activité demandée de manière "

40


ma

en salle d'écoute, les sujets ne sont exposés au bruit qu

rler de gêne de

gasine" dans une chambre anéchoique (cf. [Ishibashi 2004]) ? Cette question est particulièrement pertinente pour des expériences de longue durée (plusieurs heures). Certains moyens d'essais sont décorés en salle de séjour [Landström 1991], [Berry 1992] ou salon de jardin [Persson Waye 2002], afin de recréer un contexte similaire à l'expérience quotidienne des sujets.

Concernant l'évaluation directe de la gêne e pendant la durée de l'expérience, et ont une écoute plus active qu'en conditions réelles [Fields

1984]. Selon Raimbault [Raimbault 2004], la gêne est alors plus liée à l’identification et à la représentation de la source ; ceci amène la communauté des chercheurs à palab ator oire [Björk 1986], [Poulsen 2002], comme évaluation sur le "court terme" des événements son ein situ e réponse.

2.5.2. Approches

ntexte créé par les associations évo

ouvert à remplir chez soi. Cette condition fait appel

discriminables, plutôt basses fréquences) diffère selon les conditions expérimentales : in situ, il est décrit comme un bruit relié à une présence humaine (la vie de la ville). Hors site, les descriptions

or s présentés. Quel rapport avec la gêne dite de "long terme", sur laquelle portent les enquêtes ? Certaines études comparatives permettent d'apporter des éléments d

comparatives

Nous avons vu que la notion de gêne est dépendante du contexte. Schulte-Fortkamp [Schulte Fortkamp 1998] a présenté une étude comparant les résultats issus d'une enquête in situ et de deux expériences de laboratoire, et mettant en évidence cet effet du contexte : l'enquête in situ a été menée auprès d'habitants d'une zone résidentielle donnée sur leur environnement sonore. Une expérience A, en laboratoire, utilisant des sons enregistrés dans la zone résidentielle, et menée sur des sujets ayant pris part à l'enquête in situ, montre que l'effet du contexte est similaire in situ et en laboratoire : dans les deux cas, les jugements sont basés sur l'identification des sources et l'expérience vécue en relation avec celles-ci (leur jugement est donc sémantique). Cette expérience montre que les sujets sont répétables et que la mémoire est fidèle ; la méthode d'écoute réactivée ici mise en œuvre est fiable et valide.

En revanche, une expérience B, menée avec les mêmes stimuli sur des sujets totalement étrangers à l'enquête in situ, donne des résultats différents : le co

quées par les sons n'est plus identique au contexte in situ. En conséquence, lorsque les contextes sont différents, l'expérience B montre qu'il apparaît nécessaire de se demander en quelle mesure les évaluations du sonore sont comparables.

Les travaux menés par Guastavino [Guastavino 2003] renseignent sur l'effet du contexte. Guastavino a interrogé trois groupes d'individus au sujet de leurs représentations de l'environnement sonore urbain, dans trois conditions expérimentales différentes :

- in situ ; - hors site, en utilisant un questionnaire

aux représentations en mémoire de l'environnement sonore urbain ; - en laboratoire, en utilisant une reproduction stéréophonique des enregistrements

stéréophoniques réalisés pendant l'expérience in situ.

L'analyse des verbalisations a montré un traitement cognitif identique des événements sonores, basés sur l'identification des sources, pour les trois conditions expérimentales. En revanche, le traitement cognitif du bruit de fond de la ville (environnement sonore sans événements

41


sont globalement similaires18, et indiquent de plus une capacités d'abstraction et de description en termes de propriétés physiques (c'est-à-dire une écoute plus musicale selon les termes de Gaver, cf. section 1.1). En laboratoire, le bruit de fond est traité comme un son objectivé, décrit en termes de pro

ne, deux études, l'une relative à la qualité des ambiances sonores urbaines [Viollon 2000a], l'autre à l'impact du bruit de trafic aérien dans un environnement de type parc [Aasvang 2004], comparent des expériences in situ et en laboratoire et permettent

es détailler ci-dessous. Dans les deux cas, il fau

alués le sont sur le "court terme" (cf. section 2.5.1).

ans l'étude d'Aasvang et Engdahl [Aasvang 2003] sur l'impact du bruit de trafic aérien en termes de gêne, une étude est réalisée in situ, une autre en laboratoire, utilisant des enregistrements audioconformes réali imilaires pour les 2 expériences. L'étude m sonores urbaines [Violl elles différentielles séma nt relatif à l' re n sur site). Les ent des tout à fait comp ns d'écoute. e ou l'agrém t ter un e.

Citons Defrévill i a comparé des études in situ et en o court terme du désagrément relatif à des ambiances sonores urbaines. A partir de critères subjectifs ou objectifs relatifs aux sources (voitures, bus, mo s, voix d'adultes, voix d'enfants, oiseaux), Defréville a établi par techniques de régression linéaire des modèle itu). Les modèles obtenus dans les deux cas sont similaires.

2.5.3. S / inconvénients

Pa t 96 epuis (que nous avons présentés dans les sections précédentes), nous avons établi les tableaux 1.2 et 1.3 synthé nconvénients des études s

priétés physiques. Supposant que la restitution en laboratoire n'était pas suffisamment valide pour le cas du bruit de fond (en raison d'un manque d'immersion dans le bruit de fond), une autre expérience en laboratoire a été menée à l'aide de techniques de spatialisation Ambisonics, procurant une meilleur sensation d'immersion : dans ce cas, les réponses obtenues sont comparables à celle de l'expérience in situ, la restitution est valide.

Concernant l'étude d'aspects liés à la gê

d'établir des conclusions intéressantes. Nous allons lt noter que les expériences in situ diffèrent de l'enquête décrite par Schulte-Fortkamp

[Schulte-Fortkamp 1998] : elles ont été réalisées sur une courte durée (inférieure à une journée) par des sujets n'ayant pas obligatoirement de relation avec le lieu. Les aspects év

D

sés pendant l'étude in situ : les réponses de gêne sont très senée par Viollon sur la qualité des am 27 éch

biances on 2000a], utilisant ntiques, a entre autres évalué l'agréme

isés ambiance sonore, in situ ou en laboratoirésultats obtenus relativement à l'agrémarables pour les deux situatio

(e utilisant des enregistrements réal ambiances sonores évaluées sont

C s deux études montrent que la gêne e gêne in situ évaluée sur le court termen évalués en laboratoire peut donc représen

en ce sens les travaux de Defréville [ e 2005], qulab ratoire portant sur l'évaluation sur le

tos relatifs aux deux conditions expérimentales (laboratoire / in s

ynthèse : avantages

rtan des tableaux proposés par Rice [Rice 19 ], et au vu des méthodes établies d

tisant les avantages et i in oratoire. itu ou en lab

18 Confirmant encore une fois la fidélité de la mémoire.

42


Tableau 1.2. Avantages et inconvénients des enquêtes in situ.

Avantages Inconvénients - contexte réel - possibilité d'évaluer une exposition de

long terme (enquêtes classiques) ou court terme (selon le protocole utilisé)

- jugements absolus de gêne (enquêtes classiques) ou jugements centrés sur la qualité (approches de type soundscape).

- exposition au bruit unique, non répétable - jugement relatif à toutes les sources

contribuant à l'environnement sonore - la mesure physique est également relative

à l'ensemble de l'environnement sonore - plus long et plus coûteux que les tests en

laboratoire - possible segmentation des échantillons

interrogés

Tableau 1.3. Avantages et inconvénients des études en laboratoire.

Avantages Inconvénients - répétabilité des expériences - possibilité d'isoler / combiner des bruits,

de monter des séquences - contrôle précis des paramètres physiques - possibilité de réécoute / comparaison de

différents stimuli sonores - exécution rapide - faible coût

- vérification nécessaire de la validité de la restitution sonore (environnement sonore similaire à l'expérience quotidienne des sujets ?)

- activité "habituelle" des sujets ? - exposition limitée à la durée de

l'expérience - disponibilité limitée des groupes de sujets

Si nous avons présenté au cours de cette section diverses méthodes d'étude, il nous faut ici

remarquer que les approches de type soundscape, et notamment celles s'appuyant sur la théorie cognitive de la catégorisation, n'ont pas été encore appliquées pour l'étude des sources de bruit ind

uits in

ier dans le domaine des transports (trafic routier, ferroviaire ou aérien), très peu tra

ustriel. En revanche, de nombreuses études permettent déjà de mettre en lumière l'influence de certaines caractéristiques acoustiques des bruits industriels sur leur impact environnemental. Ceci fait l'objet de la section 3 de ce chapitre.

3. Impact environnemental et caractéristiques des brdustriels

L'impact environnemental du bruit industriel est un sujet ancien (déjà cité dans [Harris 1957]) mais encore mal connu : si la problématique des nuisances sonores a été l’objet de nombreuses études, en particul

itent du bruit industriel. A titre d’exemple, le catalogue de Fields [Fields 2001a], listant l’ensemble des études in situ sur l’impact environnemental du bruit jusqu’en 2001, ne recense que 12 enquêtes sur les bruits industriels parmi les 521 listées, soit 2%. Pourtant, les industries peuvent

43


constituer une source de bruit majeure dans les zones périurbaines ou rurales, où le trafic est peu important : l’étude de leur impact sur la perception de l'environnement sonore apparaît pertinente.

Berry et Porter [Berry 2004] ont effectué une synthèse des études in situ sur les bruits industriels recensées dans le catalogue de Fields [Fields 2001a] : pour beaucoup d'entre elles (datant de plus de 20 ans), les concepts employés peuvent différer de la notion actuelle de gêne, ou

ison avec des études plus récentes.

04]. Les auteurs soulignent que la prise en compte des aspects tonaux et im

les données contenues ne permettent pas la compara

Nous n'avons pas relevé d'études portant à la fois sur l'identification et la caractérisation de sources de bruit industriel. Cette partie se concentrera donc principalement sur les résultats connus concernant les relations entre impact environnemental et caractéristiques acoustiques des bruits industriels.

Les bruits industriels sont de nature très variée, rendant difficile l'établissement de relations dose / effet sans tenir compte des caractéristiques des bruits. Les premiers modèles pour le bruit industriel reliant le Lden au %HA (pourcentage de personne très gênées), ont récemment été proposés par Miedema et Vos [Miedema 20

pulsionnels, non encore effective dans leur modèle, semble importante.

La majorité des publications de la littérature concernent une classe de bruits donnée, comme les bruits basses fréquences [Poulsen 2002], [Kjellberg 1997] ou à caractère tonal [Berry 1993], [Landström 1994]. Un faible nombre des études recensées adoptent une approche plus globale des bruits industriels [Groeneveld 1981], [Häberle 1984], [Berry 1992], [Viollon 2004], [Miedema 2004].

Dans la section 3.1, nous allons d'abord détailler des études effectuées sur différents types de bruits industriels qui introduisent la notion d'émergence. Dans la section 3.2, nous établirons une synthèse des connaissances acquises (majoritairement par des expériences de laboratoire) sur différentes caractéristiques acoustiques en relation avec les bruits industriels. Enfin, dans la section 3.3

e détectabilité d'un bruit (au sens : est-il aud le de niveaux d'exposition faibles. Pour la pro

veau de pression équivalent entre le bruit dit

, nous présenterons les approches actuellement envisagées pour améliorer la prise en compte de la diversité des sources de bruit industriel.

3.1. Bruits industriels et émergence

Nous avions vu en section 1.4.4 que la notion dib ?) pouvait expliquer la gêne, dans le casblématique des bruits industriels, la notion de niveau de pression relatif (à un niveau de bruit de

fond) apparaît comme un point d’étude intéressant : la réglementation française [Ministère de l'Environnement 1995], [Ministère de l'Environnement 1997] est d'ailleurs basée sur un indicateur de ce type, l'émergence. L'émergence est définie comme l'écart de ni

ambiant (quand la source fonctionne et émet du bruit) et le bruit résiduel (quand la source ne fonctionne pas) [AFNOR 1996].

La relation entre niveau d’émergence et gêne perçue a été montrée par Viollon et al. dans une étude en conditions de laboratoire utilisant des stimuli constitués d’un bruit industriel mixé à un bruit résiduel pour obtenir une d’émergence de 3 ou 5 dB(A) [Viollon 2004]. Plusieurs bruits de

44

3. Impact environnemental et caractéristiques des bruits industriels

sources industrielles (tour aéroréfrigérante, éolienne, transformateur ventilé, turbine électrique) et plusieurs bruits résiduels [ambiance calme (39 dB(A)), bruits d’oiseaux (48 dB(A)), bruits de trafic (55

ie [Häberle 1984]. En reliant 50 ines à des mesures acoustiques à proximité des

habitations, les auteurs montrent que les niveaux d’émergence moyens E conduisant à des dépôts

- pour les bruits à caractère tonal : E = 1dB(A) ;

h-6h du matin, et le fait que l’é

étude que pour les bruits industriels, les seuils d'émergence conduisant à des plaintes dépendent des caractéristiques acoustiques des bruits ; or, il existe un lien entre plaintes et gêne (cf. section 2.2) : la gêne dépendrait donc également des caractéristiques

3.2. Impact des bruits industriels et caractéristiques acoustiques

dB(A))] ont été croisés. Un premier résultat intéressant est le fait qu’une différence de 2 dB(A) d’émergence a un impact significatif sur le jugement de gêne. Seconde conclusion notable, le type de bruit de fond, le type de source et le niveau d’émergence sont, dans cette étude, des paramètres indépendants et significatifs pour le jugement de gêne. Une différenciation selon le type de source semble donc nécessaire.

Ce dernier résultat est à rapprocher des conclusions d'une enquête in situ effectuée par Häberle al. sur un ensemble de sites industriels du secteur de la chimet

plaintes de riverains reçues par différentes usm

de plainte dépendent des caractéristiques du bruit : m

- pour les bruits impulsionnels : Em = 4,5 dB(A) ; - pour les bruits à large spectre : Em = 7 dB(A).

L'écart entre ces valeurs est compréhensible, si l'on considère l'émergence effective dans les bandes critiques dans lesquelles l'énergie du bruit se concentre (l'énergie d'une tonalité est concentrée sur un nombre réduit de bandes critiques, alors que l'énergie de bruits impulsionnels ou à large spectre se répartit dans un grand nombre de bandes critiques).

Häberle et al. mettent également en relation le fait que 63% des 230 plaintes reçues entre 1977 et 1979 par le secteur chimique allemand concernaient la période 22

mergence est plus forte la nuit (bruit résiduel plus faible). La réglementation française va dans le sens de cette étude, dans la mesure où les limites d’émergence admissible sont plus faibles la nuit [Ministère de l'Environnement 1997]. En revanche, elle ne rend pas compte des différences entre les 3 catégories de bruits distinguées dans l'étude de Häberle et al.

Nous retiendrons de cette

acoustiques des bruits.

Nous allons maintenant nous intéresser aux différentes caractéristiques acoustiques identifiées dans la littérature, relatives aux bruits industriels.

Berry et Porter ont effectué une synthèse des résultats portant sur les effets des bruits industriels à caractère impulsionnel et / ou tonal [Berry 2004]. La norme ISO 1996-1, relative à la description des bruits de l'environnement [ISO 2003a] propose aussi des correctifs liés aux bruits à caractère basses fréquences. Quelques études sur les bruits industriels traitent effectivement de ce type de bruit. Nous allons donc nous intéresser à ces trois caractéristiques (caractère basses fréquences, tonal, et impulsionnel), dans les sections 3.2.1 à 3.2.3. Il est important de noter que ces trois

45


sections présentent des résultats de travaux centrés sur l'étude d'une caractéristique donnée, à travers différents types de bruits, dont certains bruits industriels. Nous préciserons dans chaque cas si les études portent spécifiquement ou non sur des bruits industriels.

Remarque : le but n'est pas ici de détailler les différents indicateurs relatifs à une caractéristique donnée, mais simplement de présenter succinctement les connaissances actuelles sur la relation entre la gêne exprimée et certains facteurs acoustiques pouvant caractériser les bruits industriels. Nous indiquerons néanmoins des travaux de référence sur les indicateurs correspondants et les études comparatives publiées.

3.2.1. Aspect basses fréquences

La notion de bruits basses fréquences est définie de façon variable. Selon Poulsen et Mortensen oulsen 2002], elle peut englober les fréquences comprises entre 10 et 160 Hz, voire entre 8 et 250

Hz. Si les basses fréquences sont très présentes dans l'environnement sonore urbain (et notamment dans le bruit de fond urbain, cf. travaux de Guastavino [Guastavino 2003]), l'aspect basses fréquences peut être également une caractéristique de certains bruits industriels.

Nombre de sources industrielles émettent en effet des bruits avec une forte énergie en basses fréquences, et ont constitué l'objet d'études d'impact : les turbines à gaz de centrales électriques [Challis 1978], les presses hydrauliques, les générateurs électriques [Poulsen 2002], des stations de pompage [Cocchi 1992], des systèmes de ventilation et des compresseurs [Berglund 1996], etc.

Plusieurs études sur différents types de sources (industrielles et autres) montrent que la mesure du niveau de pression pondéré A ne permet pas de rendre compte de la gêne due à des bruits basses fréquences (citons, par exemple, [Berglund 1996]). L'étude de la répartition spectrale de l'énergie s'avère donc importante : mais quelles sont les formes de spectre jugées gênantes ? Le document de Leventhall [Leventhall 2003] sur les bruits basses fréquences (non spécifiquement industriels) présente une synthèse des études menées sur l'influence de la pente du spectre. La figure 1.3 présente de ptable", et la courbe supérieure représente le eptable". Pour des bruits à large pectre, une pente de 5 à 6 dB/octave semble être une limite supérieure pour qu’un son soit jugé

acc

[P

ux gabarits résultant d'analyses de plaintes : le plus bas délimite la zone "acce

début de la zone jugée "inaccs

eptable. Cette valeur se retrouve dans les contours "d'iso-désagrément" développés par Inukai et al. pour des sons purs de fréquence comprise entre 10 et 500 Hz [Inukai 2000].

Concernant les bruits de ventilation basses fréquences, Bengtsson et al. [Bengtsson 2004] ont également testé l'influence de la fréquence d'une modulation d'amplitude sinusoïdale : les résultats montrent que les sujets préfèrent des fréquences de modulation (très faibles ou très élevées) menant ux modulations les moins perceptibles. a

46


Figure 1.3. Pentes "acceptables" et "inacceptables" pour des bruits à large spectre.

Figure tirée de [Leventhall 2003].

es stimuli artificiels composés d’un bruit de bande et d’un son pur, ont permis d’établir des premiers résultats importants concernant les bruits à

ractère tonal. Hellman [Hellman 1984] a montré que la gêne dépend de la relation entre la équence du son pur et le spectre du bru iation de l'augmentation de la gêne en nction du niveau est monotone si le son pur est hors de la bande de bruit, et non monotone si le n pur est dans la bande de bruit. A niveau de pression global constant, la position du son pur

étermine la relation entre la gêne et le ratio des niveaux de pression respectifs du son pur et du ruit de bande. Ainsi, l’ajout d’un son pur aigu à un bruit de bande plutôt grave augmenterait la êne ressentie, alors que l’ajout d’un son pur grave à un bruit de bande relativement aigu iminuerait la gêne ressentie. Ces résultats ont été confirmés dans une étude ultérieure menée par obinson [Robinson 1992], utilisant également des stimuli artificiels. L'amplitude

De nombreux indicateurs relatifs aux basses fréquences ont été développés, depuis le simple

écart entre niveaux pondérés19 C et A, jusqu'à des courbes indiquant des valeurs limites en fonction de la fréquence. L'ensemble de ces critères est détaillé dans [Leventhall 2003]. Des études comparatives des principaux critères réglementaires européens ont été menées par Poulsen et Mortensen ([Poulsen 2002], en laboratoire) et Moorhouse et al. ([Moorhouse 2005], in situ et en laboratoire) sur différents bruits de l'environnement.

3.2.2. Caractère tonal

De nombreuses machines industrielles émettent un bruit à caractère tonal, en particulier les tuyauteries et les machines basées sur un mouvement rotatif (tonalités dont la fréquence est reliée à la fréquence de rotation [Barron 2003]).

Des études psychoacoustiques, utilisant d

cafr it de bande : la varfosodbgdR et la fréquence

une tonalité semblent donc influer sur la gêne.

d' 19 Le lecteur trouvera une présentation détaillée des différentes pondérations fréquentielles classiquement appliquées à la mesure du niveau de pression acoustique dans [Liénard 1978].

47


I,

orter et al. ont défini les notions de seuils perceptifs de détection, de signification et de gêne d’une 1993]. La figure suivante, adaptée de [Porter 1993],

rep

its de ventilation (de ty

its environnementaux d'origine industrielle.

La plupart des indicateurs réglementaires ou normalisés actuels, qu'ils soient basés sur une nent en compte (de manière plus ou

mo

nfluence de l'amplitude de la tonalité En se basant sur la notion de seuil de sensation développée par Robinson [Robinson 1992]

Ptonalité dans un bruit complexe [Porter

résente ces seuils. Le seuil de détection représente l’amplitude pour laquelle la tonalité est perceptible. Le seuil de signification20 est défini par Porter et al. comme le seuil en dessous duquel la tonalité n’est pas significative du bruit, c'est à dire, en dessous duquel on ne qualifierait pas le son de "tonal". Porter et al. prévoient que les trois seuils puissent être confondus (cas où une tonalité se révèle gênante dès qu’elle est audible). Selon les auteurs, le seuil de détection ne dépend pas de facteurs non acoustiques, à la différence des deux autres.

Pedersen et al. [Pedersen 2000b] ont d'ailleurs développé une méthode objective pour qualifier l'audibilité de tonalités dans un bruit environnemental, basée sur une analyse de type FFT (Fast Fourier Transform). D'autres méthodes, prenant en compte l'influence de l'amplitude de la tonalité, sont citées par Berry et Porter [Berry 2005].

Figure 1.4. Seuils de détection, de signification et de gêne pour une tonalité. Schéma tiré de [Porter 1993]. Porter et al. y définissent l'amplitude sensorielle d'une tonalité comme la mesure de son intensité perçue.

Influence de la fréquence de la tonalité

Landström et al. [Landström 1994] ont obtenu des résultats intéressants concernant les brupe ventilation de bureau, donc non spécifiquement "industriel"). Dans leur étude,

les sujets font varier la fréquence d’un son pur mixé à un bruit à large spectre entre 50 et 500 Hz, le niveau de bruit restant constamment égal à 40 dB(A). Les auteurs montrent que les raies situées à des fréquences moyennes (380 Hz) sont jugées plus désagréables que des raies basses fréquences (58 Hz). Ceci reste à confirmer pour des bru

Amplitude sensorielle de la tonalité

GSD aaa ≤≤

Seuil de détection

Seuil designification

Seuil de gêne

aD aS aG

analyse fréquentielle en tiers d'octave ou en bandes fines, prenins complexe) à la fois l'aspect "amplitude" et l'aspect "fréquence" ; certains considèrent

également la notion de masquage fréquentiel. Plusieurs études comparatives des indicateurs basés sur une analyse en bandes fines ont été menées [Hellweg 2002], [Berry 2005].

20 Attention, le terme n'étant ici pas lié au sens du stimulus auditif.

48


Cas de tonalités multiples Dans une synthèse sur les effets du bruit industriel, Berry et Porter rappellent que la présence de

tonalités multiples dans un bruit est un cas d'étude beaucoup plus complexe [Berry 2004].

3.2.3. Caractère impulsionnel

Certaines sources industrielles présentent un caractère impulsionnel : citons par exemple les soupapes effectuant des lâchers de vapeur [Häberle 1984], les bruits d'explosion, les presses hy Poulsen 2002], etc.

Pour des bruits industriels à caractère impulsionnel, la gêne est reliée au niveau des impulsions [Seshagiri 1981] et à la proéminence des impulsions par rapport au bruit de fond [Berry 1992], [Ped 93] propo de détectio rée de

impulsion, type de bruit de fond, etc.) et à les représenter par un critère acoustique adéquat.

1.5, selon le type de bruit industriel : bru

s autres courbes. Groeneveld conclut à une pénalité de 5 à 20 dB sur ce type de bruit. L’influence du caractère tonal des bruits est difficilement quantifiable à la lecture du graphique. Pour les bruits continus non tonaux, la corrélation niveau / gêne est la plus forte

le niveau de pression seul ne suffit plus à représenter correctement la gêne.

drauliques [

ersen 2000a]. De manière similaire aux bruits avec tonalités, Porter et al. [Porter 19sent pour les bruits impulsionnels un modèle de gêne basé sur les seuils perceptifs

n et de gêne. Reste à déterminer ces seuils pour différentes configurations (dul’

Berry et Porter ont effectué une étude comparative des différents indicateurs actuellement utilisés, relatifs au caractère impulsionnel des bruits de l'environnement [Berry 2005]. Notons aussi le récent développement d'indicateurs relatifs à la sonie de bruits impulsionnels (non spécifiquement industriels) [Boullet 2005].

3.2.4. Influence relative des tonalités et impulsions

Une étude hollandaise in situ effectuée par Groeneveld [Groeneveld 1981] visait à relier des caractéristiques de bruits industriels à un jugement de gêne (disturbance). L'auteur a établi différentes relations dose / effet, représentées sur la figure

it continu non tonal (A2), bruit impulsionnel non tonal (D2), bruit continu tonal ou non (A1A2), bruit impulsionnel tonal ou non (D1D2), bruit quelconque (ABCD).

L’influence de la présence d’impulsions est clairement visible, puisque les courbes D sont situées au-dessus de

(r=0.354, p<0.001). La corrélation entre niveau et gêne est moindre pour les bruits à caractère tonal ou impulsionnel, ce qui laisse à penser qu’en présence de caractéristiques acoustiques spécifiques,

49


Figure 1.5. Relation entre gêne (disturbance with open windows) et LAeq pour 5 catégories de bruits

con

industriels. Schéma tiré de [Groeneveld 1981]. A2 : bruits continus non tonaux. D2 : bruits impulsionnels non tonaux. RT : bruits relatifs aux gares de triage. A1A2 : bruits continus, tonaux

ou non. D1D2 : bruits impulsionnels, tonaux ou non. ABCD : bruits industriels quelconques.

Berry a étudié le cas d'un bruit industriel à caractère impulsionnel mixé avec un bruit à caractère

tonal [Berry 1993] : lorsque les deux bruits sont présentés à iso-niveau, 70% des sujets indiquent que la caractéristique à réduire serait l'aspect impulsionnel. Les auteurs concluent donc à l'importance de la définition de caractéristiques dominantes dans le cas de bruits présentant des caractéristiques complexes.

Une réelle classification de l’importance relative des facteurs acoustiques reste cependant à struire. Les réglementations nationales divergent : les moyens de caractérisation de ces facteurs

acoustiques ne sont pas uniformisés, et les pénalités correspondantes varient (en Europe, les pénalités varient de 2 à 6 dB(A) pour la présence de tonalités, et de 3 à 10 dB(A) pour les bruits à caractère impulsionnel, cf. [European Commission 2000]).

Les études relatives à l'impact environnemental des bruits industriels en termes de gêne mettent en lumière la diversité des bruits. Celle-ci est le reflet de la diversité des sources émettrices. Différentes approches sont envisagées afin de prendre en compte cette diversité : ceci fait l'objet de la section suivante.

50


3.3. Vers une meilleure prise en compte de la diversité des sources de bruit industriel

De l'acoustique en amont… Comme le soulignent Berglund et Lindvall [Berglund 1995], il serait bien pratique de pouvoir

combiner différentes caractéristiques acoustiques en un indicateur unique utilisé pour tous types de bruits. Cependant, les auteurs rappellent que ce principe a été mis en doute dans le cas des bruits industriels. En effet, Berry et Porter [Berry 1994] ont montré que l’évaluation d’un bruit industriel complexe (par exemple un bruit avec deux tonalités, ou un bruit à la fois tonal et impulsionnel) est rendue difficile par les interactions entre les différents facteurs. L’évaluation de bruits complexes par une approche combinatoire (i.e. combinant des indicateurs développés pour des bruits simples tels que sons purs, bruits à large spectre avec une seule tonalité, etc.), est donc problématique. Dix ans après, les mêmes auteurs soulignent encore ce point [Berry 2004] : si nombre d'études en laboratoire ont permis de développer des modèles permettant de caractériser la perception d'un aspect donné (une tonalité dans un bruit de bande, par exemple), ceux-ci sont souvent trop sim lifiés pour s'appliquer à des situations réelles, de nature plus complexe.

D'autres chercheurs préconisent l'emploi d'indicateurs globaux différents du Ldn et Lden. Ainsi, l' de l'environnement, Schomer

dération mieux à même de prendre en compte, de manière "naturelle", certains aspects fréquentiels des bruits [Schomer 2000]. Il

icker [Zwicker 1999]. Si le but visé est d'améliorer la prise en compte de la diversité fré

ntéressante. Cette approche vise à établir une description la plus complète possible des bruits. Selon les auteurs, l'impression de gêne est souvent causée par une caractéristique

p

dans optique d'utiliser un indicateur adapté à l'ensemble des bruits propose de remplacer la traditionnelle pondération A par une pon

propose de choisir une courbe de pondération dans le réseau des lignes isosoniques normales [ISO 2003b] en fonction du niveau de pression acoustique du bruit. Concernant les bruits de transport (aérien, ferroviaire, routier), Schomer [Schomer 2001] montre que cet indicateur présenterait une meilleure corrélation avec la gêne que les niveaux équivalents pondérés A, ou la sonie de Zw

quentielle des bruits de l'environnement dans les relations dose / effet, rappelons que celles-ci ne reflètent que l'influence de facteurs acoustiques sur la gêne. Ce type d'approche ne permet pas la prise en compte des aspects cognitifs liés au sens du bruit ou à la reconnaissance de la source.

…A l'acoustique en aval

L'approche proposée par Porter et al. [Porter 1993], baptisée acoustic feature model constitue une alternative i

dominante, que le bruit soit "simple" ou "complexe" : elle peut être due à la présence d'une tonalité particulière, au caractère basses fréquences, ou plus simplement au niveau de pression acoustique global. L'approche proposée consiste à identifier la caractéristique dominante, et à utiliser ensuite les connaissances / descripteurs déjà établis pour ce type de caractéristique. Elle constitue ainsi un premier pas vers une meilleure utilisation des modèles établis en laboratoire, basée sur l'identification pratique des caractéristiques acoustiques perceptivement importantes.

Néanmoins, à la lumière de travaux plus récents [Vogel 1999], [Guastavino 2006], [Dubois 2006], nous soulignerons que pour être pertinente, l'étape de caractérisation acoustique proposée par Berry et Porter doit intervenir en aval (selon l'expression employée par Vogel) des processus perceptifs d'identification et de catégorisation. Comme le souligne Guastavino [Guastavino 2006],

51


l'él

associé aux séquences sonores enregistrées, celui-ci ayant été évalué dans le cadre d'un test d'écoute distinct. La

téristiques (objectives ou subjectives) des sources permet d'augmenter trè

ier chapitre a présenté les problématiques générales liées à l'impact du bru dgêne. E cifiques au extérie

La depuis l'établissement de relations dose/effet, jusqu'aux approches visant une évaluation qualitative globale de l'environnement sonore. La comparaison des méthodes in situ et en laboratoire fait apparaître leur complémentarité : en particulier, les expériences de laboratoire sont un moyen très utile de développer des modèles de réponse spécifiques (à un type de bruits, ou lorsqu'un paramètre physique varie), qui doivent ensuite être validés in situ.

aboration d'indicateurs acoustiques doit être intégrée à l'identification de catégories cognitives, porteuses de sens pour le sujet dans un environnement donné. L'investigation du rôle des différents paramètres physiques est alors utile et nécessaire au sein des différentes catégories identifiées [Dubois 2006].

Nous citerons à titre d'exemple les travaux de Lavandier et Defréville [Lavandier 2006]21 sur la contribution des caractéristiques de sources à l'évaluation d'un environnement sonore urbain, qui s'inscrivent dans cette approche. Les auteurs se sont basés sur des catégories de sources identifiées lors d'entretiens libres avec des sujets devant décrire l'ambiance sonore de Paris [Léobon 1995], [Maffiolo 1999] : voitures, bus, motos, motocyclettes, oiseaux, voix humaines. Pour chacune des ces catégories de sources, des caractéristiques objectives (niveau de pression, nombre d'événements sonores, etc.) et subjectives (la prominence ou importance de la source dans l'environnement, la présence (temporelle), et la proximité (spatiale)) sont déterminées pour un ensemble de séquences sonores enregistrées dans des rues de Paris. Ces caractéristiques sont ensuite utilisées pour construire des modèles de régression (les uns basés sur les caractéristiques objectives, les autres basés sur les caractéristiques subjectives) permettant d'expliquer le désagrément

prise en compte des caracs sensiblement le pourcentage de variance exprimée, par rapport à la seule utilisation de la sonie

des séquences sonores comme indicateur du désagrément. Ces travaux montrent la pertinence de l'utilisation d'indicateurs relatifs à des catégories perceptives de sources, préalablement identifiées.

4. Synthèse et choix méthodologiques

La section 1 de ce premit e l'environnement, en introduisant les notions de sources et de bruit, ainsi que la notion de

lle a également mis en lumière des facteurs de variation du niveau d'exposition spécadre environnemental (effets notamment dus à la distance et à la propagation en milieu

ur).

section 2 a présenté les principales méthodes d'étude de l'impact du bruit environnemental, les approches "classiques", centrées sur

21 Cet article constitue une synthèse de certains des travaux de thèse de Defréville [Defréville 2005].

52

4. Synthèse et choix méthodologiques

La section 3 a quant à elle montré l'état des connaissances sur certaines caractéristiques des bruits industriels et leur impact, et notamment les aspects tonaux, basses fréquences ou impulsionnels. Les sources de bruit industriel apparaissent comme extrêmement variées, ce qui souligne le réel besoin d'une meilleure connaissance de ces sources. Concernant l'évaluation de l'impact environnemental des sources de bruit industriel, l'approche de Porter et al. [Porter 1993], visant à évaluer l'impact des sources d'après l'identification de leur caractéristique dominante, a été présentée ; leur méthode d’analyse reste cependant assujettie à une classification a priori des sources selon les caractéristiques uniquement acoustiques. Afin de prendre en compte l'influence de facteurs cognitifs liés au sens des stimuli (identification, signification), il apparaît nécessaire d'établir au préalable une typologie perceptive des sources de bruit industriel, par l'application de méthodes issues de la théorie de la catégorisation prototypique. L'étude des classes obtenues permettra de mieux comprendre la perception de ces sources particulières, et de dégager les caractéristiques (notamment acoustiques) de chaque classe. Ceci constitue l'objectif principal de notre travail. En poursuivant l'approche évoquée par Porter et al., ces classes pourront ensuite être l'objet de futures études permettant de développer des indicateurs de gêne appropriés.

Choix méthodologiques

La comparaison de différentes sources industrielles en un point donné de l'environnement est difficilement réalisable in situ, voire impossible si les sources sont situées en deux localisations géographiques distinctes. Le recours à une expérience en laboratoire, utilisant des stimuli sonores issus d'enregistrements sur différents sites, apparaît donc nécessaire.

Sous condition d'un rendu proche d'enregistrements in situ, la création de stimuli par filtrage (cf. section 2.2.3), apparaît judicieuse, afin d'éviter un trop grand nombre d'enregistrements d'une même source, et surtout de pouvoir contrôler des paramètres tels que la distance à la source, le type de sol, conditions de propagation, etc. (cf. section 1.3). Ceci permet la possibilité de tester l'influence de ces paramètres sur la formation de catégories pour un corpus de sources donné.

Ces choix impliquent : - de disposer d'un ensemble d'enregistrements de sources industrielles prises séparément ; la

constitution d'une telle sonothèque fait l'objet du deuxième chapitre de ce mémoire. - de disposer d'une méthode de filtrage permettant de créer, à partir d'un enregistrement en un

point donné, un stimulus représentatif de la source à une distance donnée, pour des conditions de propagations données ; le développement d'une telle méthode sera détaillé dans le troisième chapitre de ce mémoire.

53

Chapitre 2

Constitution d'une sonothèque de bruits industriels

Afin de mieux connaître les sources de bruit industriel et d’analyser leurs spécificités en termes d’impact environnemental, une première étape consiste à établir une base de données de bruits de différentes sources industrielles (aéroréfrigérants, transformateurs, soupapes…) et de bruits résiduels (bruit ambiants en l’absence de sources industrielles). Pour constituer une telle sonothèque, une typologie fonctionnelle a d'abord été établie, afin de s’assurer de la représentativité de la base de données obtenue. Cette typologie est basée sur les considérations suivantes : comment fonctionne la source, quel type d'énergie utilise-t-elle, et à quoi sert-elle ?

Pour étudier chaque source de manière indépendante, nous devons réaliser des enregistrements séparés et en extérieur, à proximité de chaque source de bruit. Ces sources sont de tailles très différentes (de 50 cm de diamètre pour une soupape jusqu’à 140 m pour une tour aéroréfrigérante), elles sont implantées dans des environnements sonores différents (sources voisines plus ou moins bruyantes) et entourées ou non de bâtiments. Le positionnement des microphones par rapport à la source, aux parois (sol, bâtiments) et aux sources avoisinantes est donc très important : l'établissement d'un protocole d'enregistrement rigoureux se révèle par là même nécessaire.

La section 1 présente l'établissement d'une typologie fonctionnelle de bruits industriels (et de bruits résiduels), servant de base pour la sélection de sources industrielles à enregistrer. La section 2 présente les règles théoriques utiles à la définition du positionnement des microphones par rapport à la source. La section 3 détaille quant à elle le protocole suivi en pratique. La sonothèque et ses données associées sont présentées en section 4.

55

Chapitre 2. Constitution d'une sonothèque de bruits industriels

1. Etude typologique préliminaire

Dans un des premiers ouvrages de synthèse sur les sources de bruit et leur impact [Harris 1957], les sources de bruit industriel sont citées comme ayant des caractéristiques très diverses et difficiles à déterminer, contrairement au bruit de trafic. Ceci s'explique par la variété des sources mises en jeu : à titre d'exemple, Schafer a proposé dans son ouvrage Le paysage sonore [Schafer 1979] une classification personnelle des machines, basée sur les sons émis : "les machines se caractérisent par ce trait qui leur est commun, car elles donnent des sons à faible information, superflus pour la plupart. Ce peut être un bourdonnement continu (comme dans le cas d'un générateur), un son qui possède ce que Pierre Schaeffer appelle du "grain" (celui d'une scie mécanique ou d'une lime), ou bien encore un son ponctué de rythmes en chaîne (comme en produit un métier à tisser ou une batteuse)." La classification de Schafer illustre bien la variété des sons émis par les machines industrielles.

Avant de s'intéresser à la variété des bruits industriels, nous établirons une typologie fonctionnelle des sources de bruit industriel, établie à partir des considérations suivantes : comment fonctionne la source, quel type d'énergie utilise-t-elle, et à quoi sert-elle ? C'est donc sur une typologie "usuelle" des sources de bruit industriel que nous allons nous baser : ceci présente un avantage certain, car en effet ce type de classification est couramment utilisé dans la littérature et nous permettra d'effectuer des recoupements de diverses références (cf. section 1.2). Cette typologie servira de guide pour la constitution d'une sonothèque de bruits industriels.

Avant de détailler la construction de cette typologie fonctionnelle, nous allons d'abord préciser quelques définitions relatives aux aspects temporels des sources de bruit industriel, en se basant principalement sur la norme ISO 1996-1 [ISO 2003a].

1.1. Classification temporelle

La classification temporelle se base sur les définitions de la norme ISO 1996-1 [ISO 2003a], relative à la description, au mesurage et à l'évaluation du bruit de l'environnement.

On appellera bruit permanent un bruit émis continûment 24h/24. On appellera source permanente une source émettant un bruit permanent. Une source émettant un bruit non permanent pourra être qualifiée d’intermittente, au sens de la norme, si le bruit émis peut être observé pendant quelques périodes seulement, et se produit à intervalles réguliers ou irréguliers et tels que la durée de chaque occurrence est supérieure à environ 5 s.

Avec ces définitions, il est possible de considérer des systèmes fonctionnant 24h/24, mais comprenant des sources intermittentes (exemple : un système de ventilation automatique d’un local fonctionne 24h/24, mais les ventilateurs sont activés seulement par intermittences, en fonction de la température).

56


En limitant la période d’observation à une phase où la source fonctionne, la norme ISO 1996-1 [ISO 2003a] définit la notion de bruit stable. Un bruit stable est un bruit présentant des fluctuations de niveaux "négligeables". Remarquons que la norme NF S 31-084 [AFNOR 2002] définit des fluctuations comme négligeables si l'écart total de lecture est inférieur ou égal à 5 dB sur un sonomètre réglé avec la caractéristique temporelle S (Slow, i.e. 1s), au cours de la période d'observation. Dans la littérature, le terme "stationnaire" se rencontre comme synonyme de stable.

La norme ISO 1996-1 [ISO 2003a] définit également les notions de bruit fluctuant et impulsionnel. Le bruit fluctuant est un bruit continu dont le niveau de pression acoustique varie de façon notable, mais pas de façon impulsionnelle, pendant la période d'observation.

Le bruit impulsionnel est, toujours selon la même norme, un bruit caractérisé par de brefs relèvements de la pression acoustique, qui dure généralement moins de 1 s. Notons que la notion de "brièveté" ou de rapidité est assez changeante dans la littérature : si Berglund et Lindvall [Berglund 1995] suivent la définition ISO, en revanche, Häberle et al. définissent un bruit impulsionnel de la manière suivante [Häberle 1984] : "Impulse noise is characterized by short, rapid changes of sound pressure level which stand out from the background noise. These are not bang-like or hammering events, but short, and frequently repeated, noise generating processes, which may last for several seconds" (le bruit impulsionnel est caractérisé par de courts et rapides changements du niveau de pression acoustique, qui se détache du bruit de fond. Ce ne sont pas des événements de type explosion ou martelage, mais des processus courts et fréquemment répétés générant du bruit, qui peuvent durer quelques secondes) alors que Seshagiri s’est lui limité à l’étude des bruits impulsionnels avec une ou deux impulsions par seconde [Seshagiri 1981]. La définition de Häberle et al. semble mieux adaptée à la description de bruits industriels accompagnant des événements tels que lâchers de vapeur, par exemple.

Il faut remarquer qu’à l’instar du terme "gêne", ces termes peuvent avoir une signification différente d’une publication à l’autre. Miedema et Vos [Miedema 2004] qualifient ainsi de "stationnary sources" les sources non impulsionnelles, sans distinguer les sources stables et fluctuantes [Miedema 2004]. Nous conserverons cependant la distinction fluctuant / impulsionnel.

Il semble donc utile de distinguer les caractéristiques temporelles indiquées dans le tableau 2.1 :

Tableau 2.1. Classification des caractéristiques temporelles

Fonctionnement de la source - permanent (bruit permanent) - non permanent (dont intermittent)

Caractéristiques temporelles du bruit (pendant la phase de fonctionnement)

- stable - fluctuant - impulsionnel

1.2. Typologie fonctionnelle des sources de bruit industriel

1.2.1. Méthodologie

Le but est ici d’établir une typologie fonctionnelle des sources de bruit industriel en termes

57


d’impact acoustique extérieur, et non d’impact "intérieur" (d’une salle de travail ou d’un logement vis-à-vis du bruit extérieur).

Plusieurs types de références bibliographiques sont utilisés dans ce but. Tout d’abord, des études gouvernementales britanniques et allemandes dressent des listes de secteurs industriels bruyants [Stephenson 2003], [GTZ 1995]. Les acteurs du 7e lot "Bruit industriel" du projet européen Imagine [Imagine 2004], auquel EDF a participé, ont aussi établi une liste de référence de sources de bruit industriel. Ces documents constituent une base de départ que nous adapterons au contexte de notre étude, à savoir la perception de ces sources dans l'environnement.

Il serait en ce sens intéressant de vérifier que la typologie établie fait "sens" pour des riverains habitant à proximité des sites industriels, mais ceci s'avère difficile à réaliser en pratique. Nous nous contenterons de comparer notre première typologie avec d'autres classifications de la littérature [Bell 1994], [Barron 2003], afin de tester leur homogénéité et de vérifier que la liste des sources est représentative de la majorité des industries. Le retour d'expérience des membres de l’équipe T63 d’EDF R&D sera également utilisé à cet effet.

Enfin, nous nous appuierons sur des études précédentes pour sélectionner les catégories qui ont un sens en termes d’impact environnemental et qui seront inclues dans l’étude.

1.2.2. Bases de départ

Trois documents de départ [Stephenson 2003], [Bergmann 1974], [Imagine 2004] nous servent à établir une première typologie. La Figure 2.1 illustre la méthode ; les prochains paragraphes en constituent une explication.

Stephenson 2003 Secteurs à fort impact

ronnementalenvi

Bergmann 1974 Liste des sources par

secteur

Liste des sources à fort

impact potentiel

Imagine Typologie des sources

industrielles

Première Typologie

Comparaison Enrichissement

Figure 2.1. Etablissement d’une première typologie.

Une récente étude commanditée par le gouvernement britannique [Stephenson 2003] a permis

d'identifier les types d’industries gênantes en termes de bruit environnemental en Grande Bretagne. Les données de 166 agences locales ont été utilisées afin de dresser une liste des secteurs sensibles. Celle-ci figure ci-après, du secteur le plus fréquemment cité au moins fréquemment cité.

58


- métallurgique - imprimerie - agroalimentaire (y compris boissons) - entrepôts et distribution - industrie manufacturière - incinérateurs de déchets - chimie - terminaux de gaz - centrales électriques - fours à coke - extraction et traitement des minéraux - raffineries - industrie du bois - traitement des eaux - déchetteries - hauts fourneaux (ciment) - ports

Pour ces différents secteurs, l’étude très complète effectuée par Bergmann [Bergmann 1974], qui dresse la liste des sources de bruits par secteur, permet alors d’établir une liste des sources à fort impact potentiel.

L’étude de Bergmann étant néanmoins relativement ancienne, il est préférable de comparer cette liste à celle établie par le projet européen Imagine [Imagine 2004] dans le cadre du groupe de travail "bruit industriel", dont on trouvera le détail dans le tableau 2.3 (en page suivante). Nous y retrouvons toutes les sources listées par Bergmann, à l’exception :

- des sources du secteur agroalimentaire (bruits de chaînes d’emballage / conditionnement) ; - des sources d’extraction de matériaux (bruits d’explosions caractéristiques des carrières).

En y ajoutant ces deux catégories de sources, la typologie Imagine constituera notre typologie fonctionnelle de départ.

Dans le tableau 2.2, une troisième colonne indique si la source est intérieure (dans une salle des machines) ou extérieure (à l’air libre, avec ou sans dispositif d’atténuation acoustique tel qu’un capotage, etc.). Cette différenciation est basée sur le simple bon sens et n’est à prendre que comme la situation la plus vraisemblable. Il est intéressant de remarquer que dans cette typologie, les sources de type électrique ou à flux de gaz sont principalement extérieures, alors que les sources de type électromécanique (machines de travail du bois et du métal) sont majoritairement intérieures.

Le caractère intérieur / extérieur va grandement jouer sur la perception de la source dans l’environnement. Ainsi, un ensemble de presses et de rabots contenus dans un bâtiment d’une usine métallurgique pourra être perçu comme une seule source de bruit dans l’environnement : en effet, les ondes sonores de ces différentes machines se propagent par les mêmes ouvertures telles que fenêtres ou conduits de ventilation du bâtiment. Les émissions basses fréquences des différentes machines peuvent également traverser les parois du bâtiment; de l'extérieur, il paraît alors vraisemblable de traiter l'ensemble de ces sources comme un tout, c'est-à-dire parler du "bruit de la salle des machines" plutôt que des "bruits des différentes machines" ; faut-il alors regrouper ces sources dans la typologie ? Nous ferons effectivement ce choix en section 1.2.4.

59


Tableau 2.2. Classification des sources de bruit industriel identifiées.

Catégorie Source Intérieur/extérieur Machines à combustion brûleurs

fours, chaudières hauts fourneaux moteurs à essence

int/ext int/ext

ext int/ext

Equipement électrique alternateurs moteurs transformateurs lignes à haute tension

int int ext ext

Appareils à flux d'eau tours aéroréfrigérantes pompes

ext ext

Appareils à flux de gaz climatisations compresseurs ventilateurs soupapes d'échappement jets de gaz tuyauteries bouches d’aération turbines éoliennes centrifugeuses outils pneumatiques

ext int/ext

ext ext ext ext ext int ext int int

Conversion d'énergie mécanique carters (bâtis) engrenages arbres (transmission)

int int int

Appareils de travail du métal découpeuses meules (matériaux bruts) forêts forges marteaux tours mécaniques broyeurs moules presses poinçons, perceurs riveteurs soudeuses

int int int int int int int int int int int int

Appareils de travail du papier préparation du bois machines à papier presses à imprimer

int int int

Appareils de travail du bois broyeurs rabots scies déchiqueteurs

int int int int

Machines textiles machines à découpe métiers à tisser métiers à filer

int int int

Outils de transport de matériaux convoyeurs grues excavateurs pelleteuses ascenseurs manutention sur site, camions

ext ext ext ext ext ext

Appareils de chantier mixeurs, mélangeurs cribles, moulins

ext ext

60


1.2.3. Comparaison avec les sources de bruit industriel apparaissant dans la littérature

Une comparaison de cette typologie avec les diverses classifications et listes de sources industrielles de la littérature permet de tester la pertinence de notre première typologie fonctionnelle.

Considérons tout d’abord le problème de pertinence des catégories (première colonne du tableau précédent). Une synthèse de deux ouvrages récents d’acoustique appliquée [Bell 1994], [Barron 2003] permet de proposer la classification suivante :

- machines tournantes à flux de gaz (ventilateurs et turbines, etc.) ; - échappement de gaz sous pression et bruits de soupapes ; - bruit d’engrenage / transmission ; - transformateurs électriques ; - tours de refroidissement, chutes d’eau ; - moteurs électriques et diesel ; - presses et autres machines à bruit d’impact ; - pompes (bruit d’eau, et bruit de type moteur) ; - machines dont les bruits sont provoqués par un frottement continu solide / solide (scies,

rabots, convoyeurs de matériaux, etc.).

Tout comme notre première typologie, cette classification est basée sur des arguments fonctionnels et mécaniques. Les familles correspondent en grande majorité. On peut cependant remarquer que ces ouvrages de synthèse rassemblent la plupart des machines électromécaniques en "machines à impact" et "machines à frottements", alors que notre première typologie reste déclinée par application (sidérurgie, bois, agroalimentaire). Ce niveau de détail est peut-être superflu.

Nous avons ensuite relevé les sources citées dans la littérature [Bell 1994], [Barron 2003], [Bugliarello 1976], [GTZ 1995], [Miedema 2004], [Berglund 1995], [Häberle 1984], [Seshagiri 1981], et utilisé le retour d’expérience des experts de l’équipe acoustique environnementale d’EDF, afin d'identifier d'éventuelles autres sources. Trois nouvelles sources ont été relevées : les chutes d’eau, la sonorisation des sites, les SODAR (appareils de mesure météorologique par méthode acoustique). Le tableau 2.3 présente la synthèse de ce relevé d’occurrences.

Dans ce tableau, la quatrième colonne indique si le système dont la source fait partie fonctionne 24h/24. C’est un aspect important car la réglementation française tient compte de la période de fonctionnement, les limites étant plus strictes en période nocturne [Ministère de l'environnement 1997]. Cette colonne a été renseignée par les retours d’expérience de l’équipe, complétés par des recherches complémentaires sur le fonctionnement d'un type de source ou d'un processus industriel donné dans les Techniques de l’Ingénieur [ETI 2004].

61


Tableau 2.3. Synthèse : occurrence des types de sources dans la littérature. Catégorie Source Source

intérieure ou

extérieure

Système

24h/24

Rex

ED

F

Bell 1994

Barron 2003

Bugliarello 1976

BM

Z

1995

Häberle 1984

Miedem

a 2004

Berglund 1995

Seshagiri 1981

Machines à combustion

Brûleurs fours, chaudières hauts fourneaux moteurs à essence

int/ext int/ext

ext int/ext

X X X X

X X X X

X X X

X X X X

X X

Equipement électrique

alternateurs moteurs transformateurs lignes à haute tension

int int ext ext

X X X X

X X X X

X X X

X X

X

X

X

X

Appareils à flux d'eau

tours aéroréfrigérantes pompes

ext ext

X X

X X

X

X X

X X

X

X X

Appareils à flux de gaz

climatisations compresseurs ventilateurs soupapes d'échappement jets de gaz tuyauteries bouches d’aération turbines éoliennes centrifugeuses outils pneumatiques

ext int/ext

ext ext ext ext ext int ext int int

X X X X X X X X X

X X X X X X X X X

X X X X X

X

X X X X X

X

X X

X

X X X X X X

X

X X X X X X X X

X

X

X X X X X

X

Conversion d'énergie mécanique

carters (bâtis) engrenages arbres (transmission)

int int int

X X X

X X X

X

X

Appareils de travail du métal

découpeuses meules (matériaux bruts) forêts forges marteaux tours mécaniques broyeurs moules presses poinçons, perceurs riveteurs soudeuses

int int int int int int int int int int int int

X

X

X X

X

X

X X X

X X X X X

X X

X X

X X

X

X

X

X X X

X X X

X

X X X

Appareils de travail du papier

préparation du bois machines à papier presses à imprimer

int int int

X X

X

X

X

X

X X X

X X X

Appareils de travail du bois

broyeurs rabots scies déchiqueteurs

int int int int

X X

X

X X X X

Machines textiles

machines à découpe métiers à tisser métiers à filer

int int int

X

X X

Agroalimentaire Emballage/conditionnement int X X X Outils d’extraction/ transport de matériaux

convoyeurs grues excavateurs pelleteuses ascenseurs manutention sur site (camion) explosions (carrières)

ext ext ext ext ext ext ext

X X

X

X

X

X

X X

X

X X

X

X

X

Appareils de chantier

Mixeurs, mélangeurs Cribles, moulins

ext ext

62


1.2.4. Vers une nouvelle typologie fonctionnelle

Trois arguments nous amènent à modifier la typologie de départ pour l’adapter au mieux à notre problématique :

Sélection de sources de systèmes fonctionnant 24h/24

La thèse se limitera à l’étude de ce type de sources. Les aspects temporels, tels que la fréquence d'apparition d'un bruit intermittent, ne seront pas étudiés.

Nous avons fait ce choix pour des raisons essentiellement pratiques : la majorité des sources recensées sur les sites industriels auxquels nous avions accès pour effectuer des enregistrements étaient des sources permanentes. Ceci se reflète dans la proportion de sources permanentes dans la sonothèque que nous avons constituée (cf. section 3 de ce chapitre).

Suppression des bruits de chantier

Une récente étude de Miedema et Vos [Miedema 2004] établit une distinction claire entre bruits de chantiers et bruits industriels. L'Agence Française de Sécurité Sanitaire Environnementale effectue également cette distinction [AFSSE 2004]. Miedema et Vos montrent de plus que les relations dose / effet pour ces deux types de bruits sont bien distinctes. Cette catégorie est donc à supprimer. Par extension, on supprimera les bruits des grues, excavateurs et pelleteuses, qui sont des sources assimilables à des activités de chantier.

Regroupement des sources intérieures

Comme évoqué en section 1.2.2, si l'on se place dans l'environnement d'un site industriel, il semble logique de regrouper les catégories de sources intérieures en une seule catégorie. En effet, il est souvent difficile de séparer les rayonnements de celles-ci car ils se propagent par les mêmes médiums (fenêtres, portes et conduits d’aération du bâtiment, excitation des structures du bâtiment qui rayonne à l’extérieur). Il apparaît donc judicieux de regrouper les catégories ci-dessus en une famille "salle des machines".

Salle des

machines

Conversion d'énergie mécanique Appareils de travail du métal Appareils de travail du papier Appareils de travail du bois Machines textiles Agroalimentaire

Figure 2.2. Regroupement des sources intérieures en une catégorie "salle des machines".

Nous avons fait ce choix (comme l'indique la figure 2.2), en considérant qu'un auditeur situé

dans l'environnement d'un site industriel ne discrimine généralement pas les différentes sources

63


intérieures dont le bruit se propage par une même ouverture (fenêtre, conduit d'aération, etc.), si les bruits ne présentent pas de caractéristiques temporelles trop différentes. En revanche, il paraît plausible qu'un auditeur puisse différencier des sources intérieures de type différent, par exemple une source émettant un bruit stable et une source émettant un bruit impulsionnel. Il serait intéressant de vérifier ces hypothèses par une étude in situ auprès des riverains, mais ceci constitue un travail de recherche à part entière, dépassant le cadre fixé pour la thèse.

Du point de vue de l’impact environnemental d’une installation, il faut remarquer que les sources intérieures ont une contribution de plus en plus faible relativement aux sources extérieures, du fait de l’amélioration des insonorisations des machines et des bâtiments (cf. la récente étude de Minoura et Hiramatsu [Minoura 2004] sur l’évolution du paysage sonore dans une zone industrielle textile et dans une zone industrielle métallurgique). Des observations sur site effectuées durant l’été 2004 (écoute des environnements sonores à proximité de 8 sites de production EDF, de 3 sites pétrochimiques, de 2 sites sidérurgiques et d’une papeterie) et le retour d’expérience de l’équipe T63 vont également dans ce sens.

Typologie fonctionnelle retenue La typologie fonctionnelle retenue pour l’étude est par conséquent une simplification de la

typologie Imagine (cf. tableau 2.3) basée sur les trois arguments précédemment exposés. Le tableau 2.4 présente la typologie finalement retenue pour notre étude.

Tableau 2.4. Typologie fonctionnelle retenue pour l’étude.

Catégorie Code type Sources Machines à combustion COMBUSTION brûleurs

fours, chaudières hauts fourneaux moteurs à essence

Equipement électrique ELEC alternateurs moteurs transformateurs lignes à haute tension

Appareils à flux d'eau EAU tours aéroréfrigérantes pompes chutes d’eau

Appareils à flux de gaz GAZ climatisations compresseurs ventilateurs soupapes d'échappement jets de gaz tuyauteries bouches d’aération turbines éoliennes

Salles des machines SDM production d’électricité autres

Transport de matériaux TRANSPORT convoyeurs et autres

64


Notre typologie comprend donc 6 catégories fonctionnelles, déclinées chacune en plusieurs types de sources. Nous examinerons la pertinence de ces catégories fonctionnelles du point de vue perceptif, lors d'un test de catégorisation libre (cf. chapitre 4).

Remarquons que certains exemples de sources sonores sont difficiles à catégoriser (par exemple, à quelle catégorie appartient un transformateur refroidi par des ventilateurs ? Faut-il le séparer en deux types de sources, la cuve et les ventilateurs ?). Dans le cadre de l'étude, il nous faut donc préciser la notion de mono-source de bruit industriel.

1.2.5. Définition d’une mono-source de bruit industriel

Un ensemble de sources constituant une machine sera considéré comme une mono-source si, vu du point d’enregistrement, l’ensemble peut être considéré comme une source ponctuelle (cf. section 2.1.2.). Une source extérieure ne sera donc pas décomposée en autant de mono-sources que de composants bruyants. Cet ensemble sera désigné par le nom habituel de la source. Ainsi la cuve d’un transformateur et ses ventilateurs de refroidissement constitueront la mono-source "transformateur", et appartiendra donc à la catégorie "équipement électrique".

Il semble en revanche plus délicat de définir une mono-source de bruit dans le cas de sources intérieures. Comme nous l'avons vu précédemment, une source intérieure voit son rayonnement acoustique se propager vers l’extérieur par différents chemins : les ouvertures du bâtiment (portes, fenêtres), les parois, les conduits d’aération, les bouches de ventilation. Il est théoriquement possible d’enregistrer séparément ces différentes ouvertures tout en respectant l’approximation de champ lointain, si les parois entourant ces ouvertures sont considérées comme non rayonnantes22. Les enregistrements réalisés dans ce cas constitueront une catégorie de mono-source appelée "salle des machines".

Dans ce type de mono-sources, nous pourrons donc trouver différents échantillons du bruit d’une même salle des machines, enregistrés devant les différentes ouvertures (une porte, l’extrémité d’un conduit d’aération, etc.) par lesquelles il se propage à l’extérieur. Le cas des ventilateurs de salles des machines (situés sur la paroi extérieure, à l'extrémité d'un conduit) est particulier car ceux-ci émettent un bruit propre (dû à la rotation des pales du ventilateur), celui-ci se mêlant aux bruits intérieurs propagés par le conduit. Nous créerons alors un type de mono-source spécifique, appelé "ventilation".

22En réalité le rayonnement des parois d'une salle des machines peut être non négligeable. Dans ce cas, si l'approximation de champ lointain n'est pas respectée pour l'ensemble de la salle des machines, le rayonnement peut varier de façon notable en fonction du choix du point d'enregistrement. La notion de champ lointain est définie en section 2.1.1.

65


1.3. Typologie des bruits résiduels

Afin de recréer en laboratoire des situations d'écoute représentatives d'un point situé dans l'environnement d'un site industriel, il est important d'intégrer les bruits industriels dans leur environnement sonore habituel. Il nous faut donc définir une typologie de bruits résiduels adaptée à l'étude, et constituer une base de données sonore correspondante.

La directive européenne sur le bruit environnemental 2002/49/CE [Parlement Européen 2002] définit des types d’environnement précis où les nuisances sonores devront être évaluées. Six catégories y sont définies :

- zone calme en rase campagne, i.e. zone non exposée au bruit de la circulation, au bruit industriel ou au bruit d’activités de loisirs ;

- grand axe routier, i.e. avec plus de 3 millions de véhicules par an ; - zone calme d’une agglomération, i.e. zone d’une ville de plus de 100.000 habitants qui n’est

pas exposée à un niveau de pression acoustique supérieur à une limite déterminée par les autorités. Les parcs publics et zones pavillonnaires sont cités en exemple dans la directive ;

- agglomération, i.e. zone urbaine d’une ville de plus de 100.000 habitants ; - grand aéroport ; - grand axe ferroviaire.

Si la limite de 100.000 habitants fixée par la directive n'a évidemment pas de sens du point de vue de la perception, il apparaît en effet logique de distinguer les zones urbaines et calmes (zones pavillonnaires, parcs) d'une ville en général. Le nombre d'habitants constitue une information complémentaire.

Les typologies de sources de bruit industriel et de bruits résiduels définies dans cette section et dans la section 1.2 constituent des outils utiles pour la création d'une sonothèque. Nous avons constitué dans le cadre de nos travaux une sonothèque de bruits industriels et de bruits résiduels ; nous ne présenterons pas dans ce mémoire les enregistrements de bruits résiduels car ils n'ont pas été utilisés dans nos tests d'écoute.

Avant de passer à la réalisation pratique des enregistrements sonores, il nous faut également définir un protocole d'enregistrement : ceci fait l'objet de la section 2 de ce chapitre.

2. Protocole d'enregistrement

Pour étudier chaque source de manière indépendante, nous avons choisi de réaliser des enregistrements séparés et en extérieur, à proximité de chaque source de bruit. Ces sources sont de taille très variable, et sont implantées dans des environnements différents (bâtiments ou autres sources à proximité). Le positionnement des microphones par rapport à la source, aux parois (sol, bâtiments) et aux sources avoisinantes est donc très important.

66


Afin d'assurer l'homogénéité des enregistrements, il est nécessaire de respecter deux contraintes antagonistes :

- enregistrer les sources en conditions de champ lointain ; - se placer à proximité des sources (c’est-à-dire sur le site industriel même) pour éviter les

perturbations sonores des sources avoisinantes.

En pratique, il faudra donc trouver un compromis entre ces deux conditions. Avant de présenter le protocole pratique, nous présentons tout d'abord les règles théoriques aidant au choix du point d'enregistrement en fonction de la source et de son environnement.

2.1. Règles théoriques

2.1.1. Conditions géométriques / acoustiques en champ libre

Approximation de champ lointain Soit S une source acoustique étendue spatialement, en champ libre, et p(R,t) la pression

acoustique du champ émis par S au point R au temps t. Les propriétés de rayonnement de la source S varient avec la distance à la source. A proximité de la source (zone dite de champ proche), pression et vitesse acoustique ne sont pas en phase, ce qui provoque des variations notables du niveau de pression le long d’un rayon donné, partant de la source [Léwy 2001].

En champ lointain, pression et vitesse acoustique sont en phase : quand R se déplace le long d’un rayon donné, la pression en R peut alors être approximée en appliquant une loi de divergence sphérique [Léwy 2001] : c’est l’approximation de champ lointain. La solution harmonique s’écrit :

),(

.),()),((

RSdeAtRp

RSkdti −

=ω

(2.1)

avec : ω= pulsation de l’onde ; k = nombre d’onde ; A = constante ; d(S,R) = distance entre S et R.

Quand la distance est doublée, le niveau de pression diminue de 6 dB.

La figure 2.3, extraite de [Beranek 1971], représente l’allure du niveau de pression Lp(R) au point R, quand R se déplace le long d’un rayon donné. L’aire grisée représente les régions où le niveau de pression fluctue le plus avec la distance.

On effectuera l’enregistrement en champ lointain, zone où le niveau de pression acoustique est stable.

67


log d(S,R)

Lp(R) (dB)

Champ proche

Champ lointain

-6 dB par doublement de distance

Figure 2.3. Evolution du niveau de pression en fonction de la distance, pour une source en champ libre, en l'absence de perturbations atmosphériques.

L’étendue du champ proche dépend de la longueur d'onde émise (notée λ), de la dimension

caractéristique de la source (notée l), et des phases des parties rayonnantes de la surface. Les conditions de champ lointain s'écrivent :

d(S,R) >> l condition géométrique (2.2) d(S,R) >> λ condition acoustique (2.3) d(S,R) >> l²/ λ directivité indépendante de la distance (2.4)

Selon Léwy [Léwy 2001], l’approximation reste bonne si :

d(S,R) > 3l (L1) (2.5) d(S,R) > 3λ (L2) (2.6) d(S,R) > 3l²/ λ (L3) (2.7)

A remarquer que la condition d(S,R) >> l²/ λ et son équivalent (L3) sont valables pour des sources étendues rayonnant de manière cohérente. Elle ne sera à prendre en compte en pratique que pour certains types de sources (transformateurs et parois rayonnantes de salles des machines en particuliers, dont les différentes parties de la surface rayonnent en phase).

On peut "affaiblir" les conditions de champ lointain en assimilant la source S à une sphère rayonnante de rayon l. La référence [Junker 2000] montre alors que l’écart de niveau de pression global entre le rayonnement d’une sphère de rayon l et celui d’une source ponctuelle est inférieur au décibel dès que :

d(S,R) > l (J1) condition géométrique (2.8) d(S,R) > 0,7/π . λ (J2) condition acoustique (2.9)

Si, en pratique, il est impossible de respecter les conditions (L1) et (L2), nous utiliserons les conditions (J1) et (J2), moins restrictives mais aussi moins exactes.

68


Ces différentes conditions imposent une certaine distance entre S et R, ce qui va à l’encontre de la contrainte de se rapprocher des sources pour éviter les bruits parasites. En pratique, il faudra donc trouver un compromis.

Directivité de la source

Pour exprimer la pression en champ lointain pour des sources directives, il est nécessaire d'introduire le facteur de directivité D, fonction des coordonnées angulaires de R et de la fréquence, et défini comme le rapport entre p(R,t) et la pression en R que produirait une source omnidirectionelle placée en S, de puissance identique [Beranek 1954]. En régime harmonique, la pression en champ lointain s’écrit alors [Beranek 1954] :

),(

).,,(),()),((

RSdefDtRp

RSkdti −

=ω

ϕθ (2.10)

avec : θ = angle d’azimut du point R, pour un repère centré en S ; φ = angle de latitude du point R, pour un repère centré en S (cf. figure 2.4) ; f = fréquence de l’onde.

Notons que l’approximation de champ lointain est aussi appelée approximation source ponctuelle, car l'évolution de la pression le long d'un rayon donné est alors similaire au cas de la source ponctuelle.

z

R

Figure 2.4. Définition des angles θ et φ.

Nous choisissons d’enregistrer chaque source sur l'axe où le facteur de directivité est estimé

comme maximal, car c'est un axe facile à déterminer en pratique. En effet, l’observation des diagrammes de directivité de sources connues (tubes circulaires, ventilateurs, bouches d’aération, cf. [Beranek 1954], [Barron 2003], cf. Annexe C) permet de dégager les règles pratiques suivantes :

- pour les sources de type ventilation ou bouche d’aération ou toute surface plane rayonnante, l’axe en question est la normale à la surface passant par le centre de celle-ci ;

- pour les sources à symétrie de révolution telles que les tours aéroréfrigérantes et les cheminées chaudes (cf. Annexe C), tout rayon horizontal partant de l’axe de révolution convient ;

- pour les transformateurs munis de systèmes de ventilation, l’axe en question est la normale passant au centre de la surface formée par l’ensemble des ventilateurs.

S φ

Projection de R dans le plan zontal passant par S x θ hori

69


2.1.2. Influence de l’environnement (bâtiments, sol)

La présence de bâtiments à proximité des microphones peut provoquer des écarts de niveau de pression allant jusqu’à +6 dB (interférence constructive due à la réflexion sur la paroi). La réflexion des ondes acoustiques sur le sol peut, elle aussi, modifier très fortement le spectre enregistré en R. On désigne par champ réfléchi l’ensemble des ondes acoustiques qui parviennent en R après une ou plusieurs réflexions.

Comment positionner le point d'enregistrement par rapport aux parois environnantes ? Nous désirons nous placer dans un cas très simple où le point d'enregistrement est situé dans le champ direct de la source, et où les phénomènes de diffraction peuvent être négligés. Nous choisirons un point d'enregistrement à proximité et en vue directe de la source, et chercherons à limiter les effets possibles des réflexions sur les parois. Une telle configuration de propagation pourra être modélisée par des modèles simples23 tels que ceux utilisés par le logiciel Tympan (cf. Annexe D).

Pour limiter les effets dus aux réflexions des parois, la norme NF S 31-010 [AFNOR 1996] préconise de se placer à une distance d’au moins 1 m des parois et autres grandes surfaces réfléchissantes, et à au moins 1,5 m des fenêtres. Nous respecterons ces recommandations.

Concernant la hauteur de prise de son par rapport au sol, les normes de mesurage proposent une hauteur identique pour tous les mesurages : la norme NF S 31-010 [AFNOR 1996] préconise une hauteur de mesure comprise entre 1,2 et 1,5 m (représentative du rez de chaussée d'une habitation), tandis que la norme ISO 9613 [ISO 1996] préconise une hauteur de 4 m (représentative du premier étage d'un immeuble). Nous choisirons une hauteur unique de mesure de 1,2 m, essentiellement pour des raisons pratiques : sa mise en œuvre est facile (une hauteur de 4 m nécessiterait l’utilisation de perches) et le vent perturbe moins les microphones à faible hauteur. Notons que dans deux cas (sources 1 et 2 de l'Annexe A), la hauteur de mesure était de 1 m.

2.1.3. Choix du dispositif d’enregistrement

Afin de réaliser des enregistrements sur différents sites industriels, nous devions utiliser un dispositif de prise de son portable et privilégiant une bonne image sonore, ce qui a orienté notre choix vers les techniques stéréophoniques. Selon Catusseau [Catusseau 2001], celles-ci offrent une bonne image sonore (en termes de lisibilité et de vraisemblance), comparées à des techniques de spatialisation telles que les techniques Ambisonics ou transaurale. Celles-ci sont d'ailleurs plus complexes à mettre en œuvre car elles nécessitent un matériel de prise de son plus encombrant.

Ce choix d'un système d'enregistrement stéréophonique est associé au choix d'une diffusion sur haut-parleurs, qui permet une meilleure externalisation des sources que l'écoute au casque. En effet, comme l'explique Vogel [Vogel 1999], l'écoute au casque donne souvent l'impression de percevoir les sons dans la tête, ce qui a pour effet de réduire considérablement l'impression d'être en situation réelle.

23 La configuration dans laquelle nous nous plaçons est donc simple, comparée à une configuration de type urbaine (présence de nombreux bâtiments entre la source et le récepteur, réflexions multiples, etc.) qui nécessiterait de prendre en compte le champ diffus.

70


Il existe différentes configurations de prise de son stéréophonique. Maffiolo [Maffiolo 1999] et Vogel [Vogel 1999] en ont comparé plusieurs, en faisant varier le type de microphone (omnidirectionnel, cardioïde, infracardioïde) et l'écartement entre microphones, dans le but de choisir la configuration la plus adaptée à la restitution d'environnements sonores urbains sur haut-parleurs. La consigne donnée aux auditeurs était de choisir la configuration qui donnait le rendu le plus proche de leur expérience quotidienne, permettant ainsi de juger de la validité du système de prise de son / restitution. Nous ne pourrons appliquer les résultats de ces travaux pour choisir un couple stéréophonique "optimal" pour notre étude, car les scènes sonores sont différentes (par exemple dans notre cas, les sources sont immobiles), et surtout parce que nous ajoutons une étape de filtrage (représentant la propagation) avant la restitution.

Pour effectuer les prises de son, nous avons utilisé un couple stéréophonique ORTF, qui avait été acquis par l'équipe pour nos travaux. Le couple ORTF est constitué de deux microphones cardioïdes, espacés de 17 cm et formant un angle d'ouverture de 110°. Il est représenté en figure 2.5. Ce dispositif de prise de son, éprouvé en intérieur pour des sources immobiles, a déjà été utilisé dans des études sur la perception d'environnements sonores extérieurs, comme par exemple [Viollon 2000b] ou [Defréville 2005].

Figure 2.5. Disposition de deux microphones cardioïdes en couple ORTF.

2.2

a source (par exemple, la diagonale pour une source parallélépipédique). Dans certains cas, des données

celle de l’ouverture par laquelle le bruit se propage (porte, aération, etc.). Notons que le rayonnement des murs de la salle des machines s’ajoute au rayonnement de l’ouverture considérée : le rayonnement

ton que pour une paroi en bardage. Il est donc important de relever la nature de la paroi.

. Protocole pratique

2.2.1. Détermination de la taille de la source

Afin de connaître la dimension caractéristique l de la source, on mesure la plus grande dimension de la partie rayonnante de l

de construction du site sont utilisées (pour les diamètres des aéroréfrigérants par exemple).

Dans le cas d’enregistrements de salles des machines, la dimension l à considérer est

des murs sera plus faible pour une paroi en bé

71


Nous ne pourrons prendre en compte la dimension principale du bâtiment (c'est-à-dire considérer le bâtiment entier comme source) car cela implique des distances source / microphone trop importantes et ne permet pas d'effectuer un enregistrement audio sans bruits parasites.

2.2.2. Positionnement des microphones

Les microphones sont positionnés à 1,2 m du sol, sur l’axe défini à la section 2.1.1. Si plusieurs types de sol coexistent autour de cet axe, on se placera sur le sol ayant la plus faible résistivité (ty

z, fréquence de coupure basse du système d’acquisition audio et du système de restitution dans la salle d'écoute (cf. chapitre 3, section 4.3). Si la source est un transformateur ou une paroi de salle des machines

tère (L3) doit être également pris en compte.

2.2.3. Enregistrement

les enregistrements audio à l’aide d’un couple ORTF Schoeps MSTC 64, muni de protections anti-vent BBG, couplé à un lecteur DAT portable Sony TCD-D10 pro (échantillonnage 48 kHz / 16 bits). Pour deux sources, des filtres passe-haut (Schoeps LC60 U, fréquence de coupure à –3 dB = 60 Hz) ont été utilisés24. La durée de l’enregistrement doit permettre l’acquisition de plages de signal utile suffisamment longues (de l’ordre de 10 minutes).

icrophones est placé perpendiculairement à l’axe (source / récepteur), comme l’indique la figure

2.2.4. Mesure du niveau de pression acoustique, calcul du LAeq

Un sonomètre est placé à une dizaine de centimètres au-dessus et derrière le couple Ocomme le montre la figure 2.7. Une mesure des niveaux de pression équivalents LAeq,1s (une valeur par seconde) est effectuée pendant la première minute de l’enregistrement ORTF. Le LAeq est

piquement, de l’herbe). On se placera à au moins 1m de tout bâtiment, et 1,5 m des fenêtres.

Les critères (L1) et (J1) définis précédemment sont calculés avec pour donnée l. Les critères (L2) et (J2) sont calculés avec une longueur d’onde correspondant à f = 40 H

considérée dans son ensemble, le cri

Les critères (Li) donnent une distance d à laquelle les microphones sont placés. Si en ce point, les sources avoisinantes sont jugées perceptibles (par écoute au casque des signaux enregistrés), on rapprochera les microphones de la source, en veillant à respecter les critères (Ji).

ORTF

Nous avons effectué

Le couple de m 2.6.

Figure 2.6. Positionnement du couple ORTF par rapport à l'axe (SR).

SR

couple ORTF

RTF,

24 Ces deux sources n'ont pas été retenues dans le corpus utilisé pour le test d'écoute du chapitre 4.

72


ensuite calculé sur une plage de 30 s non perturbée par des bruits parasites (tels que les bruits de pas

de l'opérateur, ou le bruit du vent) :

⎥⎦

⎢⎣

= ∑ ⎤⎡

=

3010/,1,1 isLAeq

1

1030

log10i

AeqL (2.11)

Figure 2.7. Disposition du couple ORTF (bonnettes grises) et du sonomètre (boule anti-vent noire).

Une alternative à cette méthode consiste à enregistrer le signal audio du sonomètre sur DAT

alyse plus fine. Un signal d'étalonnage (94 dB à 1000 Hz) est alors enregistré au début de mesure. Le L

pour anchaque nsuite calculé en post-traitement sur une plage du signal audio de durée sup ieu

En f deux mé de eurs ont été arrondies au décibel.

2.2.5. Relevé de la géométrie et de la nature du sol

Les dimensions suivantes sont mesurées à l’aide d’un décamètre ou d’un télémètre laser, puis no

esure ; : c’est la hauteur du centre de la zone rayonnante de la source, et non

u centre de la source (grandeurs différentes pour un aéroréfrigérant) ;

rs : gravier, bitume, herbe, béton, bardage, terre…

Il est utile pour le dépouillement des enregistrements de noter les événements sonores perturbant la

influer sur la mesure. Ainsi un transformateur à proximité peut grandement contribuer à l’énergie mesurée à 100 Hz.

Aeq est eér re à 30 s, non perturbée par des bruits ne provenant pas de la source.

onction du matériel de mesure disponible lors des campagnes d'enregistrement, les tho s ont été utilisées, et dans les deux cas les val

tées sur la feuille de mesure : - dimension principale de la source l ; - distance source / microphones : c’est la distance entre les projections de la source et des

microphones sur un même axe horizontal. La hauteur de la source n’intervient donc pas dans cette m

- hauteur de la source pas la hauteur d

- distance de la source aux différentes parois ; - nature du sol et des mu

2.2.6. Relevé des événements / commentaires utiles

mesure, comme le passage d’un camion ou le cri d’un oiseau. Tout autre commentaire utile sur l’environnement sonore de la source sera noté, comme la présence de sources avoisinantes pouvant

73


2.2.7. Prise de vue

Une photographie de la source est prise depuis le point de mesure, pour compléter les inf

3. Sources et sites d’enregistrement

s tués majoritairement sur des sites de production EDF. Pour le cas des centrales nucléaires, les sites ont été sélectionnés à la lecture des différentes études d’i pes de sources recensés sur le site ont constitué le principal critère de sél io

ermiques ;

te tension ;

dustrielle.

ormations déjà consignées.

Le enregistrements ont été effec

mpact déjà réalisées. Les tyect n.

Des enregistrements ont également été effectués sur des sites industriels extérieurs où l'équipe T63 d'EDF R&D est également intervenue.

La campagne d'enregistrements s'est étalée sur 6 mois et 11 sites industriels, dont : - 5 centrales nucléaires ; - 2 centrales th- 1 poste de transformation ; - 1 ligne à hau- 1 papeterie ;- différentes petites industries d'une zone in

68 enregistrements de sources différentes ont été collectés. Même si la majorité des sites d'enregistrements étaient des sites EDF, il est important de souligner que la majorité des sources ne sont pas spécifiques d'un site de production électrique. La liste suivante présente le nombre d’enregistrements par type fonctionnel, selon la typologie établie en section 1.2.4 :

- ELEC : 13 ; - COMBUSTION : 3 ; - EAU : 14 ; - GAZ : 23 ; - SALLE DES MACHINES (SDM) : 13 ;

faible nombre d'enregistrements. Ceci s'explique par le fait que beaucoup de sources de ces catégories étaient en réalité dans des bâtiments (sources intérieures). Les enregistrements de la catégorie GAZ sont les plus nombreux. Sur les sites visités, ces sources étaient les plus fréquentes. Nous pouvons remarquer que cette catégorie comprend des sources très courantes telles que systèmes de ventilation, climatisation, etc.

Sur les 68 sources enregistrées, 55 sont des sources permanentes

- TRANSPORT : 2.

Les catégories COMBUSTION et TRANSPORT présentent un

. Remarquons que ces 55 sources sont toutes stables, au sens de la définition de la section 1.1. Ces sources sont détaillées en Annexe A.

Les données récoltées lors de la campagne d'enregistrements ont été rassemblées dans une base de données, la sonothèque. Celle-ci est détaillée dans la section 4.

74

4. Sonothèque et données associées


4.1. Présentation

La sonothèque se présente sous forme d’un DVD contenant tous les enregistrements audio stéréophoniques originaux et les photographies des sources. Un fichier Excel (© Microsoft) rassemble les informations relatives à chaque enregistrement et pointe vers les images et les sons grâce à des liens hypertextes.

Pour chaque enregistrement, les données associées sont la date, le lieu et l’heure d’enregistrement, le type de source, les données géométriques (taille de la source, hauteur, distance source / microphones, etc.), le type de sol, le calcul des différents critères de champ lointain (cf. section 2.1), le niveau LAeq calculé selon la méthode exposée à la section 2.2.4, un plan du site avec repérage des points de mesure, le spectre des deux voies de l'enregistrement ORTF, la durée du fichier audio et tous commentaires utiles à l’exploitation.

La figure 2.8 donne un aperçu du fichier Excel résultant et des données associées par liens dynamiques.

Fichier sonotheque.xls

Spectre (.jpg)

Plan du site (.jpg)

Photo de la source (.jpg)

Fichier audio (.wav)

Figure 2.8. Présentation de la sonothèque.

75


4.2. Qualité des données obtenues

Cette section présente successivement l'analyse de deux aspects relatifs à la qualité des données de la sonothèque : le respect des conditions de champ lointain et la précision des mesures de distance.

4.2.1. Respect des conditions de champ lointain

Dans certains cas, les conditions théoriques de champ lointain ne pouvaient pas être respectées en pratique. C'est une information importante, car le respect des conditions (Ji) et (Li) (présentées en section 2) indique si les enregistrements ont été effectués dans une zone où ils sont représentatifs du rayonnement de la source. Comme nous l’avons vu dans la section 2, les conditions (Li) sont plus restrictives que les conditions (Ji). Si les critères (Li) sont respectés, l’approximation de champ lointain est très bonne. Elle reste bonne si les critères (Ji) sont respectés (cf. section 2.1.1).

Le calcul de ces critères pour les 68 enregistrements donne les résultats suivants : - 19 enregistrements respectent les (Li) ; - 42 enregistrements respectent (J1) et (L2) ; - 20 enregistrements respectent (J2) et (L1) ; - 55 enregistrements respectent (J1) et (J2) ; - 9 enregistrements ne respectent pas (J2) ; - tous les enregistrements respectent (J1).

La proportion 55/68 indique que les conditions de champ lointain sont respectées dans 80% des cas en respectant au minimum les conditions (J1) et (J2). Dans les 20% restants, nous trouvons trois cas de figures :

- la source est une tour aéroréfrigérante (8 cas), dont les dimensions imposent une distance source / récepteur supérieure à 100 m. À ces distances, le bruit résiduel était trop important et il a donc fallu se rapprocher de la source ;

- la source était proche d’autres sources de bruit (4 cas), et un bon enregistrement impliquait alors de se rapprocher de la source ;

- il n’était physiquement pas possible de s’éloigner de la source (1 cas).

4.2.2. Mesure des distances géométriques

Hauteur de la source Pour les 55 mono-sources permanentes stables enregistrées, la hauteur du centre géométrique de

la source a été mesurée sur site. Cette mesure était relativement imprécise pour les sources hautes, en raison des difficultés d’accès et de l’impossibilité d’utiliser un télémètre : elle a parfois été estimée en fonction d’éléments à proximité de la source dont la hauteur était connue. Concernant la précision de cette méthode, un ordre de grandeur de l’erreur a été considéré pour chaque cas, et il apparaît raisonnable d’appliquer une marge d’erreur "forfaitaire" de 10 % sur l’estimation de

76


hauteur. Remarquons que les sources dont la hauteur a été estimée sont majoritairement situées à plus de 8 m du sol. La répartition des hauteurs relevées est donnée dans le tableau 2.5.

Tableau 2.5. Hauteur des sources.

Hauteur Nombre de sources0-1 m 8 1-2 m 13 2-4 m 10 4-8 m 9

8-12 m 5 12-20 m 3 20-40 m 5 40-80 m 2 80-120 m 1

Remarquons que l’erreur de mesure est une estimation, certes grossière, mais utile pour

déterminer une plage de variation de la grandeur mesurée, sur laquelle les calculs de filtres (cf. chapitre 3) doivent être stables.

Pour des sources étendues ou de géométrie complexe, la zone rayonnante ne correspond pas forcément à la vision géométrique de la source : des écarts entre la hauteur du centre géométrique et du centre "acoustique" de la source peuvent survenir : cette erreur est estimée à environ 10 %.

Le tableau 2.6 recense le nombre de sources impactées. Pour plus de la moitié des sources, on estime à 10% l'imprécision sur la hauteur de source. Il nous faudra évaluer l'influence de cette imprécision sur la stabilité du calcul des filtres correspondant à ces sources.

Tableau 2.6. Incertitude sur la hauteur de la source.

Incertitude sur la hauteur de source Nombre de sources 0 % (mesure au décamètre ruban) 26 +-10 % (estimation de la hauteur) 15 +-10% (position du centre acoustique) 15

Distance horizontale d(S,R) Cette distance est connue avec précision car elle a été mesurée avec un télémètre laser. Le

télémètre utilisé (modèle Leica Rangemaster 1200) a une précision inférieure au mètre pour une distance mesurée jusqu’à 200 m (donnée constructeur).

Cas de la présence de bâtiments

La précision de mesure des distances source / parois est estimée à 10%, car dans certains cas elle a dû être estimée à partir de plans de bâtiments, sur lesquels la position de la source n'était pas précisée.

77


Nous avons recensé dans la sonothèque tous les cas où les bâtiments sont visibles et sur lesquels des réflexions jusqu’en R sont géométriquement possibles. Le Tableau 2.7 détaille les différents cas de figure.

Tableau 2.7. Parois à proximité des sources.

Configuration Nombre de sources Source sur un toit 9 Paroi derrière la source 13 Paroi parallèle à (SR) 8 Paroi derrière les microphones 6 Source encastrée dans une paroi 14 Une paroi derrière S et une paroi parallèle à (SR) 4

5. Synthèse

Afin de constituer une sonothèque de bruits industriels, nous avons défini un protocole d'enregistrement résultant d'un compromis entre deux contraintes antagonistes : enregistrer les sources en champ lointain, mais suffisamment près pour s'affranchir d'éventuels bruits parasites. 68 enregistrements de sources ont été réalisés ; si les sites d'enregistrement étaient en majorité des sites EDF, il est important de souligner que la plupart des sources enregistrées ne sont pas spécifiques d'une centrale de production électrique.

L'outil "sonothèque" rassemble pour chaque source un enregistrement audio et toutes les données nécessaires à la construction d'un modèle Tympan, logiciel qui sera utilisé pour la création de filtres permettant de prendre en compte différents phénomènes de propagation entre le point d'enregistrement et un point d'écoute donné. La méthode de filtrage sera détaillée dans le chapitre 3 de ce mémoire.

La création de la sonothèque s'est appuyée sur une typologie a priori (typologie fonctionnelle des sources de bruit industriel). Cette typologie est-elle perceptivement pertinente, dans un contexte environnemental ? Nous apporterons des éléments de réponse à cette question au cours du chapitre 4. Celui-ci présente l'établissement d'une typologie perceptive de sources de bruit industriel permanent stable, pour une configuration de propagation entre sources et point d'écoute donnée, ce qui constitue, rappelons-le, l'objectif principal de la thèse.

78

Chapitre 3

Une méthode de filtrage pour la création des stimuli sonores

mis au po

u gain du

ssus d’un sol herbeux plat, le point d’écoute étant situé à 100 mètres en vue directe de la source. Une distance plus grande n'a pu être envisagée, en raison du bruit de fond (bruit résiduel) au point de mesure.

La première section de ce chapitre présente le principe et les paramètres de calcul du filtre. La section 2 détaille les modèles utilisés ; la comparaison physique entre calculs et mesures est effectuée en section 3, la comparaison perceptive fait l'objet de la section 4.

La mise en place de tests perceptifs de catégorisation de bruits de sources industrielles

nécessite d’obtenir des stimuli sonores représentatifs des sources et comparables entre eux. Or, nous disposons pour l’instant d’enregistrements audio de sources industrielles à des distances variables de celles-ci et dans des conditions différentes (enregistrements de la sonothèque).

Pour pouvoir comparer ces sources en un même point d'écoute (virtuel), nous avons int une méthode de filtrage audio permettant de prendre en compte l'éloignement entre le point

d’enregistrement et le point d'écoute. Le filtrage audio consiste simplement à convoluer l’enregistrement par un filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR). Le gain du filtre est calculé à l'aide d'un logiciel d’acoustique prévisionnelle développé chez EDF R&D, basé sur la norme ISO 9613 [ISO 1996]. Le logiciel impose une résolution fréquentielle en tiers d'octave. Les valeurs obtenues sont ensuite interpolées en bandes fines afin de créer un filtre FIR (cf. Annexe E).

Le problème est de déterminer un paramétrage de calcul adapté : d’une part, le calcul d filtre doit être robuste aux imprécisions de modélisation, et d’autre part, le son filtré doit être

ressemblant au son que l'on pourrait enregistrer au point d'écoute. Afin de déterminer un paramétrage optimal, une comparaison entre calculs et mesures a été menée sur le plan physique et perceptif pour le cas simple d’une source omnidirectionnelle située au-de

79

Chapitre 3. Une méthode de filtrage pour la création des stimuli sonores

1. Principe et paramètres de calcul du filtre

1.1. Principe

Dans le but de créer des stimuli sonores, plusieurs sources industrielles ont été enregistrées à proximité de celles-ci, sur le site industriel. Pour les futurs tests perceptifs, on désire créer un point d’écoute virtuel, représentant une habitation ; ce point d’écoute est donc plus éloigné de la source que ne l’est le point d’enregistrement. Nous allons filtrer les enregistrements pour prendre en compte cet éloignement. Le logiciel Tympan, basé sur la norme ISO 9613 [ISO 1996] et présenté en Annexe D, est utilisé pour calculer les gains des filtres. Tympan permet d'effectuer des calculs avec une résolution fréquentielle 1/3 octave.

Dans le cadre de la thèse, nous nous limiterons à un cas simple : propagation au-dessus d'un sol plan, source et point d'écoute en vue directe (pas d'obstacles). Afin de représenter l'environnement des sites industriels d'EDF, nous choisirons de représenter un sol de type herbeux, et nous considérerons que le point d'écoute pourra se situer entre une centaine de mètres et un kilomètre de la source (ordre de grandeur de la distance aux premières habitations pour un site EDF, d'après le retour d'expérience des différentes études d'impact réalisées).

La situation à représenter est donc la suivante : soit S une source étendue de dimension principale l et de puissance Lw, R le point d’enregistrement, M le point d’écoute virtuel, d(S,R) la distance entre les projetés orthogonaux de S et R sur le sol, et d(S,M) la distance entre les projetés orthogonaux de S et M sur le sol.

S (Lw)

R M bâtiments

Figure 3.1. Définition des points S, R et M pour le filtrage des stimuli.

Nous nous placerons dans le cadre suivant : - R et M sont en champ lointain, on peut donc considérer à ces deux points que le

rayonnement de S est celui d’une source ponctuelle de facteur de directivité D ; - il n’y a pas d’obstacle à la propagation entre R et M (pas de diffraction) ; - si S est sur un toit, on supposera qu’elle est en vue directe du point M ; nous considérerons

la contribution de l’énergie diffractée par l'arrête du toit comme négligeable au point d’écoute M par rapport à l’énergie de l'onde directe et l’énergie due à la première réflexion sur le sol [Léwy 2001] ;

- le sol est plan.

80


Avec ces hypothèses, il est alors possible d’exprimer le niveau de pression Lpi en R et en M (en

dB), sur une bande de tiers d’octave i, selon les formules (3.1) et (3.2), dont l'établissement est détaillé en Annexe B.

Lpi(R) = Lw

i – Ai(S,R)+ DIi(SR) + ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡204

log10p

cWref

πρ

(3.1)

Lpi(M) = Lw

i – Ai(S,M) + DIi(SM) + ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡204

log10p

cWref

πρ

(3.2)

Avec : Ai = atténuation due aux différents phénomènes de propagation (cf. Annexe B) ; Lw

i = puissance de la source sur la bande en question (en dB) ; DIi = facteur de directivité sur la bande en question ; Wref = puissance acoustique de référence = 10-12 W ; p0 = pression acoustique de référence = 2.10-5 Pa ; ρc = impédance acoustique de l'air. Valeur de référence = 410 Pa.s.m-1 pour des conditions de température et pression de 25°C et 1 atm, généralement arrondie à 400 Pa.s.m-1; dans ce cas, le dernier terme des équations 3.1 et 3.2 vaut -10 log (4π) = -11 dB.

En soustrayant les deux égalités précédentes, on obtient le niveau de pression en M à partir du niveau de pression en R et des atténuations reliant les trois points S, M et R :

Lpi(M) = Lp

i(R) + Ai(S,R) – Ai(S,M) + DIi(SM) - DIi(SR) (3.3)

Pour créer un son représentant une écoute au point M, il suffirait de filtrer l’enregistrement effectué au point R par un filtre en tiers d’octave de gain par bande égal à Ai(S,R) – Ai(S,M) + DIi(SM) - DIi(SR).

Il nous faut donc calculer ces différents termes pour obtenir le gain du filtre. Ceci fait l’objet des deux sections suivantes : la section 1.2 détaille le calcul de DIi(SM) - DIi(SR) ; la section 1.3 détaille quant à elle le calcul des Ai, réalisé à l’aide du logiciel d’acoustique prévisionnelle Tympan.

Remarque : afin de représenter une situation d'écoute à l'intérieur d'une habitation, certaines études (par exemple, [Boussard 2001] ou [Vos 2003]) prennent également en compte un ou plusieurs types d'atténuation de paroi (paroi avec fenêtres ouvertes, fenêtres fermées…). Les résultats peuvent alors dépendre du type de paroi considéré. Dans notre cas, nous avons choisi de considérer un point d'écoute en extérieur, comme proposé par la norme NFS 31-010 [AFNOR 1996] pour les sources extérieures aux habitations, et ce afin de ne pas associer l'étude à un type de paroi donné.

1.2. Calcul de DIi(SM) – DIi(SR)

La valeur de DIi(SM) - DIi(SR) dépend tout d’abord de la directivité des sources. On représente généralement la directivité à l’aide d’un diagramme d’amplitude en champ lointain, qui montre les

81


variations spatiales de l’amplitude de l’onde émise, selon le produit du nombre d’onde k et de la dimension caractéristique de la source a [Beranek 1954]. Sur ce diagramme, on associe traditionnellement la valeur 0 dB à l’amplitude maximale.Pour une source omnidirectionnelle, le diagramme de directivité est un cercle de rayon 0 dB : quelle que soit la fréquence, le rayonnement est indépendant de la direction. Pour une source directionnelle, on peut déterminer, pour un ka donné, une région du diagramme où l’amplitude de l’onde émise est supérieure à l’amplitude maximale moins x dB (traditionnellement, 3 ou 6 dB). On peut ainsi définir, pour chaque plage de ka, des écarts angulaires à –x dB (noté EA-xdB) qui caractérisent la largeur du lobe principal de directivité [Beranek 1954]. A titre d'exemple, nous avons indiqué l'EA-3dB pour la courbe ka = 2 sur le diagramme de directivité de la figure 3.2.

Des diagrammes-types sont représentés en Annexe C. Certains diagrammes ne présentent qu’un seul lobe de directivité (comme le diagramme "ventilateurs"), d’autres en présentent plusieurs (comme le tube circulaire libre).

Afin d’évaluer DIi(SM) - DIi(SR), il faut placer les points R et M sur le diagramme de directivité de la source S dans un plan d’azimut constant, comme l’illustre la figure 3.2. Les points S, R et M ne sont généralement pas alignés car dans la plupart des cas, R et M sont situés tous deux à la même hauteur au-dessus du sol, et S à une hauteur différente.

Une fois les points placés, il est alors possible de calculer DIi(SM) - DIi(SR) en fonction du ka, comme étant la différence d’ amplitude relative à l’angle β, qui est l’angle entre (SR) et (SM).

R est généralement sur le lobe principal de directivité du diagramme, car on a pris soin lors de l’enregistrement de le placer près de celui-ci (cf. chapitre 2). M est grossièrement situé dans la même direction que R. Pour la plupart des sources de notre sonothèque, l’angle entre (SR) et (SM) est a priori relativement faible : nous supposerons alors que R et M se situent tous deux à proximité du lobe principal de directivité de la source.

R

S Mβ

z

Figure 3.2. Repérage de l'EA-3dB pour la courbe ka = 2 (en bleu).

Placement des points S, R et M sur le diagramme de directivité. β est l’angle entre les rayons (SR) et (SM).

82


Dans ce cas, nous allons caractériser les différences d’amplitude en R et M en comparant β à un EA-xdB

fau-

-

1.2.1.

Noud’enreg ique très difficile à réaliser in situ. On peut néanmoins, en pre èDans c

- ssociée est celle du "tube circulaire

- par le

- mme de directivité-type

rapprochée de la directivité d’un "piston rectangulaire encastré dans un plan infini" (cf. Annexe C) ;

- les "transformate nidirectionnel avec un ensemble de ventilateurs expérience de l’équipe T63 d’EDF R&D mont loint directionnel est une bonne approximation de la dir de sources ;

- les sources à carac omme les transformateurs sans ventilation) ; celles-ci seront associées à un diagramme de directivité circulaire (DI i = constante).

- les sources de directi mme les conduits de ventilation comportant de

ctivité supposée de chacune de ces catégories se trouvent en Annexe C. our les 55 sources permanentes stables de la sonothèque (listées en Annexe A), la répartition est

donnée dans le tableau 3.1.

(écart angulaire à –x dB). Nous choisirons une valeur faible pour x : 3 dB. Nous obtenons donc le critère suivant :

0)()(3 =−⇒−≤ SMDISRDIdBEA iiβ (3.4)

Nous allons tester ce critère de comparaison entre β et EA-3dB pour toutes les sources. Il nous t donc déterminer pour chaque source :

l’écart angulaire à –3 dB sur une plage de ka relative à la source. Pour ce faire, il faut connaître la directivité supposée de la source (cf. section 1.2.1) et une plage de ka relative à la source (cf. section 1.2.2) ; l’angle β entre (SM) et (SR) (cf. section 1.2.3).

Directivité des sources

s n’avons pas réalisé de mesure de la directivité réelle des sources lors de la campagne istrement, ceci étant en prat

mi re approximation, associer une directivité supposée à chacune des sources de la sonothèque. e but, nous avons identifié 7 catégories de sources : les sources de type tuyau circulaire non encastré, telles que soupapes, tuyaux d’échappement, et cheminées froides. La directivité alibre" (modèle de Levine et Schwinger [Levine 1948], cf. Annexe C) ; les sources de type "cheminées chaudes". On peut approximer leur directivité diagramme de directivité d’un "tube circulaire libre" modifié par les effets de réfraction dus au gradient de température en sortie de cheminée ([Lafon 1989], cf. Annexe C) ; les sources de type "ventilations", auxquelles on associera un diagraissu de mesures sur des matériels existants ([Junker 2004], cf. Annexe C) ;

- les ouvertures rectangulaires type "porte" ou "bouche d’aération" encastrées dans un mur. Leur directivité sera

urs" associant une cuve rayonnante à caractère omrépartis sur une face de la cuve. Le retour d’

re q p u’en cham ain, le m èle omniodectivité de ce type

tère omnidirectionnel (c

vité inconnue (conombreux coudes (source 6), ou plusieurs éléments rayonnants (sources 7, 12, 36, 37)). Par défaut, nous supposerons que ces sources sont omnidirectionnelles.

Les diagrammes de direP

83


Tableau 3.1. Nombre de sources par type de directivité.

Directivité type Nombre de sources tube libre 5

cheminée chaude 1 piston rectangulaire plan 11

ventilation 9 omnidirectionnelle 29

Pour les sources directives (quatre premières catégories du tableau précédent), il nous faut

iner une plage de ka relative à chaque source, prenant en compte les dimensions de la source pectre d’émission.

détermet son s

.2.2.

Ce calcul est effectué pour les sources de directivité type "tube libre", "cheminée chaude", "piston rectangulaire plan" et "ventilation". Dans le calcul, a est pris égal à la moitié de la

à la bande passante à - 40 dB(A) de la source, déterminée sur le spectre du signal enregistré en R par le couple ORTF, voie gauche (à noter que les spectres de la voie droite sont quasi identiques). La limite de -40 dB(A) a été retenue pour deux raisons :

- pour chacune des sources, cette bande est jugée suffisamment large, puisque la fréquence de coupure basse est inférieure à la centaine Hz, et que la fréquence de coupure haute est supérieure à 3 kHz ;

- les fréquences omises, supérieures à 3 kHz, et sont déjà fortement atténuées au point M du fait de l’absorption atmosphérique (cf. section Annexe B).

1.2.3. Calcul de l’écart angulaire β entre (SR) et (SM)

Avec ces notations, l’écart angulaire β entre (SR) et (SM) est décrit par l'équation 3.5 ci-après.

1 Plages de ka pour les sources directives

dimension l de la source mesurée sur site.

Afin de déterminer un plage de variation de k, nous avons retenu la plage de fréquences égale

de

Les points S, R, M sont situés dans un plan d’azimut constant, comme le montre la figure 3.3 :

d(S,R)

d(S,M)

β

hS MR

x

z

S

hR hM

Figure 3.3. Ecart angulaire entre les points S, R et M.

84


⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎞

⎜⎛ −

−⎟⎞

⎜⎜⎝

⎛ −= arctan180 hhhh MSRS

πβ ⎟

⎠⎜⎝

⎟⎠ ),(

arctan),( MSdRSd

(3.5)

eur de source (au sol, sur un toit, etc.). Toutes les dis

Analysons maintenan précédentes. La section 1.2.1 nous a permis "tube libre", "piston rectangulaire encastré dan our chacune des sources de ces catégories, n s

- la plage de ka selon la section 1.2.2 ; - l’écart angulaire défini en section 1.2.3.

On se propose ma nant d’an différence entre β et l’EA-3dB le plus faible dans la plage de ka de la source, à l'aide quation 3.4. Sur les diagramm EA-3dB le plus faible est obtenu pour le ka que l'on notera ka

onnées pour les quatre catégories de sources.

m corre lui de

Lorsque β > EA-3dB, l raît en g

Source ka "pire cas" EA B le plus

Ecart angulaire β )

Cette fonction varie différemment selon la hauttances sont connues à l’exception de d(S,M) : nous calculerons l’écart angulaire β comme

l’angle maximal entre (SR) et (SM) quand d(S,M) varie entre 200 et 1000 m.

1.2.4. Discussion

t les données récoltées au cours des trois sections d’identifier quatre catégories de sources directives :

s un plan", "cheminée chaude" et "ventilation". Pous avon déterminé :

β

inte alyser la d ée l' es de directivité, l'

"pire cas". Les tableaux 3.2 à 3.5 détaillent les d

Tableau 3.2. Sources de directivité-type "tube libre". Le nu éro de la source spond à ce

a valeur de β appa l’Annexe A.

ras.

-3dfaible (°) (°

27 46,1 25 15 44 3,8 25 24 47 5,5 25 2 948 2 7,7 25 9 54 2,7 25 16

Tableau 3.3 urces de d ivité-type "piston rectangulaire enc an". Lorsque β > A-3dB, la valeur de β apparaît en gras.

Source ka "pire cas" EA-3dB le plus faible (°)

Ecart angulaire β (°)

. So irectE

astré dans un pl

3 18 3 2 13 55 3 3 14 83 3 1 16 221 3 3 19 27 3 10 21 110 3 3 26 92 3 2 29 32 3 10 40 55 3 2 49 83 3 2 50 36 3 11

85


Tableau 3.4. Sources de directivité-type "cheminée chaude". Le numéro de la source correspond à celui de l’Annexe A.



42 111 25 20

Tableau 3.5. Sources de directivité-type "ventilation".



09 2 25 14 10 2 25 3 11 2 25 7 20 2 25 22 23 2 25 8 32 2 25 1 33 2 25 3 43 2 25 3 52 2 25 3

Pour quatre sources (sources 47, 19, 29 et 50), l’écart angulaire β est supérieur à l’EA-3dB. Examinons chaque cas :

- pour la source 47, la différence entre les deux angles n’est que de 4 degrés, ce qui a une influence de l’ordre du décibel sur le diagramme de directivité ;

- pour les sources 19, 29 et 50 (bouches d'aération), la différence entre les deux angles est de 7 degrés, ce qui a une influence de l’ordre de 10 dB d’après le diagramme théorique. Cependant, il est raisonnable de penser qu’en hautes fréquences, la directivité réelle de ces trois sources diffère du diagramme théorique, en raison des phénomènes de diffraction provoqués par les éléments des grilles (cf. figure 3.4) : en effet, selon Léwy [Léwy 2001], nous pouvons considérer en première approche que les phénomènes de diffraction perturbent le champ rayonné quand le rapport d/λ, entre la largeur d d’un élément de grille et la longueur d’onde λ, approche de l’unité (soit f >2 kHz pour d=10 cm).

Figure 3.4. Photographie de la source 50. Pour des longueurs d’onde de l’ordre

de la largeur des lames de la grille, des phénomènes de diffraction entrent en jeu.

86


Compte-tenu du nombre élevé de sources disponibles dans la sonothèque, ceci pourra constituer un critère de non sélection des sources 19, 29 et 50, lors du choix des sources utilisés pour

inconnue. Com

Pour les sources de directiv et (SM) a une influnég i

e but de l’étude n’étant pas de reproduire chaque situation précisément mais bien de créer une situation représentative, il est raisonnable de poser pour toutes les sources :

(3.6)

Par conséquent, d’après l’équation 3.3, le niveau de pression en M s'écrit uniquement en fon

(3.7)

es atténuations par le logiciel de pro g té en Annexe D.

octave)d’obsta ents), un modèle est construit25. Tympan calcule ensuite le niveau de pre io propagation po bl

le test d'écoute détaillé au chapitre 4.

La section 1.2.1 nous a également permis d’identifier une catégorie des sources de directivité me indiqué en section 1.2.1, les sources de directivité inconnue qui seront utilisées

dans l'étude (8 cas) seront modélisées comme omnidirectionnelles. A titre d’information, les écarts angulaires (SR,SM) sont inférieurs à 20° pour ces sources.

1.2.5. Conclusion

ité connue, l’écart angulaire entre (SR) ence ligeable sur DI , mis à part 3 sources identifiées dans la discussion, pour lesquelles l’erreur reste

faible. Pour les sources de directivité inconnue, le modèle omnidirectionnel est à retenir par défaut.

L

DIi(S,M)-DIi(S,R) = 0

ction du niveau de pression en R et des atténuations :

Lpi(M) = Lp

i(R) + Ai(S,R) – Ai(S,M)

Nous allons maintenant nous intéresser au calcul des deux termes d’atténuations présents dans cette équation. Ceci fait l’objet de la section 1.3.

1.3. Calcul de Ai(S,R) et Ai(S,M) à l’aide du logiciel Tympan

Cette partie décrit succinctement le principe du calcul dpa ation acoustique prévisionnelle Tympan, présen

A partir de données d’entrée telles que la puissance acoustique de la source (donnée en 1/3 , les coordonnées de position de la source et du récepteur, la résistivité du sol, la présence cles (collines, bâtim

ss n au point de réception en sommant les contributions des différents trajets dessi es. Tympan somme ces contributions en pression (en prenant alors en compte les effets

férencesd’inter ) ou en énergie. Les différents phénomènes de propagation pris en compte sont les suivants :

- divergence géométrique (selon ISO 9613 [ISO 1996]) ; - atténuation atmosphérique (selon ISO 9613) ; - calcul en conditions homogènes (pas de réfraction atmosphérique) ou en conditions

favorables (réfraction vers le bas, représentée par l'ajout de trajets supplémentaires, selon la norme ISO 9613) ;

25 L'étape de modélisation des sources fait l'objet de la section 2 de ce chapitre.

87


- effet de sol : modèle d’impédance de sol de Delany et Bazley [Delany 1970] ; - réflexions sur les bâtiments (méthode source-image, similaire mais non identique à la norme

ISO 9613).

Ces différents phénomènes sont présentés plus en détails dans l’Annexe B. L’équation générale explicitant les différents phénomènes pris en compte est l'équation 3.1 (idem équation B.14, en sec tave. Un résultat de calcul Tympan est donc un niveau de pression en 1/3 octave au point de réception.

rmette de choisir entre une sommation des

tion B.3). En termes de précision fréquentielle, le logiciel utilise une résolution 1/3 oc

Remarque : Le fait que le logiciel Tympan pecontributions des différents trajets en énergie ou en pression est très important : ces deux modes de cal

,M).

eau de pression aco ti ce qui est plus propice à une gêne potentielle des v tions favorables" de Tympan.

Pour le calcul de l’atténuation entre S et R, il faut noter que le critère Tympan d’ajout des trajets specté que pour quatre sources (sources 2, 22,

25, 35). Dans la m i

1.3.2. Paramètres pour le calcul de Ai(S,R)

omme indiqué dans le paragraphe précédent, le calcul de Ai(S,R) s’effectue en conditions homogènes ; entre la source S et le point de réception R, seuls deux trajets sont pris en compte (cf. figure 3.5) : l’onde directe (1) et l’onde réfléchie par le sol (2). En présence de bâtiments, deux trajets sont également pris en compte pour chaque source-image.

cul donnent en effet des résultats très différents en termes de spectre. Il nous faudra comparer chacun de ces modes "énergie" et "interférences" (pression) afin de choisir le mode de calcul le plus adapté en termes de niveau global ou de spectre au point M.

Nous allons maintenant examiner les paramètres relatifs au calcul de Ai(S,R) et Ai(S

1.3.1. Choix des conditions de propagation

Pour le calcul de l’atténuation entre S et M, nous voulons représenter une situation de propagation en conditions favorables, car c'est la situation pour laquelle le niv

us que au point de réception est le plus important, ri erains. Nous allons donc utiliser le mode "condi

supplémentaires en conditions favorables26 n’est reajorité des cas, le calcul de A (S,R) est donc identique en conditions homogènes

et favorables. Il apparaît préférable de calculer toutes les atténuations Ai(S,R) en conditions homogènes afin de traiter toutes les sources de manière identique. En conclusion :

- Ai(S,M) est calculée en conditions favorables ; - Ai(S,R) est calculée en conditions homogènes.

C

26 Les trajets supplémentaires ne sont pris en compte que si la distance entre source et récepteur est supérieure à 10 fois la somme de la hauteur de la source et du récepteur (cf. Annexe D, section D.2.3).

88


le calcul de Ai(S,R).

Paramètres pour le calcul de A (S,M)

Le calcul de Ai(S,M) s’ expliqué en Annexe D, quatre trajets sont pris en comp R (cf. figure 3.6) : l’onde directe (1) et l’onde réfléchie par le sol (2), ains entaires (3 et 4), dont la position est régie par un param ini en Annexe D). Ces deux réflexions supplémentaires perm

En présence de bâtiments, pte pour chaque source-image.

sistivité du sol en fonction de la situation à représenter (dans notre cas, un sol herbeux). Les paramètres de calcul à déterminer sont donc les suivants :

le mode de sommation des trajets : en énergie ou en pression (interférences) ; ramètre h1).

S

R1

Figure 3.5. Trajets pour

Pour ce calcul, il nous faut déterminer : - le mode de sommation des trajets : en énergie ou en pression (interférences) ; - la valeur de la résistance spécifique au passage de l'air, caractérisant le sol. Ce paramètre est

communément appelé "résistivité du sol", et sera noté σ.

1.3.3. i

effectue en conditions favorables ; commete entre la source S et le point de réception

i que deux réflexions supplémètre h1 (déf

ettent de représenter les effets de la réfraction vers le bas.

quatre trajets sont également pris en com

2

S

M1

23 4

Figure 3.6. Trajets pour le calcul de Ai(S,M).

Pour ce calcul, la situation est différente du calcul entre S et R car le point M est fictif : nous

pouvons choisir une valeur de ré

- - la position des réflexions supplémentaires sur le sol (pa

Différents calculs Tympan testant le paramètre h1 ont montré que son influence sur un calcul en mode énergétique est négligeable, ce qui était attendu car ce mode de calcul ne prend pas en compte les phases des différents trajets. En revanche, il a un effet très marqué sur le spectre obtenu pour un calcul en interférences.

89


Comparaison des modes de calcul énergie et interférences Pour Ai(S,M), le choix du mode de calcul dépend de la ressemblance des atténuations calculées

avec des atténuations mesurées. Ce choix doit s'effectuer en considérant que la distance SM peut varier entre la centaine et le millier de mètres (ordre de grandeur de la distance entre sources et premières habitations, donné par les différentes études d’impact effectuées par EDF R&D).

Dans ce but, nous allons comparer des résultats de calcul à des mesures de référence, réalisées en 1965 par Parkin et Scholes [Parkin 1965]. Dans cette référence, nous trouvons des mesures correspondant à notre cas d’étude : propagation au-dessus d’un sol herbeux horizontal, et en conditions favorables. La figure 3.7, ci-après, permet de comparer les modes de calcul Tympan "én

600 et 1100 m. On représente ainsi le passage de 100 à 200, 600 ou 1100 m par Tympan. Cette figure

onde réfléchie) car elles ont déphasées de manière aléatoire par les perturbations atmosphéri es (cf. Annexe B, s

B.2 us cherchons donc à représenter, par l’utilisation des trajets 3 et 4, l’ajout d’ondes réf l’onde réfléchie par trajets 1 et 2 par une trajets 1 et 2 en interférences et des trajets 3 et , dont le niv

(3.16)

ergie" et "interférences" en conditions favorables (notés respectivement "ef" et "if") aux mesures de Parkin et Scholes réalisées en conditions favorables, pour des distances source / récepteur allant de 100 à 1100 m. La figure 3.8 constitue une autre représentation des données de la figure 3.7, mais cette fois en partant des données à 100 m : la différence entre atténuations mesurées et calculées à 100 m a été ajoutée à chacune des atténuations calculées pour d = 200,

sera analysée après la figure 3.7.

La figure 3.7 montre pour ces deux modes de calcul les avantages et inconvénients attendus : le mode énergétique paraît stable, mais ne rend compte d’aucun effet de sol. Le calcul en interférences présente des irrégularités plus importantes que le mode énergétique pour les fréquences supérieures à 3 kHz. Si le mode interférences rend compte d’un effet de sol, le principal creux d'atténuation est relativement mal représenté (écarts supérieurs à 10 dB pour d ≥ 600 m).

Proposition d'un nouveau mode de calcul pour Ai(S,M) Les modes de calcul "énergie" et interférences" pour le calcul de Ai(S,M) en conditions

favorables présentent chacun des avantages et des inconvénients. Pour tenter de construire un mode de calcul plus adapté que ceux proposés par défaut par le logiciel, nous proposons une sommation des trajets dite "mixte". Selon Embleton [Embleton 1996], les ondes réfractées s'ajoutent de manière plutôt incohérente aux deux trajets principaux (l'onde directe et l's qu ection

.5). Noractées arrivant de manière incohérente par rapport au trajet direct (trajet 1) et à

s le sol (trajet 2). Il faudrait donc modifier la figure d’interférences créée par le contribution énergétique des trajets supplémentaires. Cette sommation des

4 en énergie définit ainsi un mode de calcul mixte, noté *eau de pression acoustique L* s’écrit selon l'équation 3.16 :

)101010log(10* 10/10/10/ LehLefLihL −+=

avec : Lih = niveau de pression obtenu en mode interférences, conditions homogènes ; Lef = niveau de pression obtenu en mode énergétique, conditions favorables ; Leh = niveau de pression obtenu en mode énergétique, conditions homogènes.

90


Le mode de calcul * est par construction indépendant de la valeur du paramètre h1, puisque construit à partir des modes "interférences" et "énergie" en conditions homogènes (indépendants de h1), et "énergie en conditions favorables" qui est également indépendant de h1.

La figure 3.7 permet de comparer le comportement de ce mode de calcul * avec les deux autres modes de calcul. Pour d = 100 et 200 m, le mode * rend compte des creux d’interférences observés dans les mesures en conditions favorables de Parkin et Scholes [Parkin 1965] ; cependant, leur am

parallèle à la courbe énergétique (en bleu), ce qui représente bien la perte de cohérence entre les ondes arrivant au point de réception, observée dans les mesures pour f > 800 Hz. Cependant, c’est le mode interférences qui présente la variation relative (pour f < 1 kHz) respectant le mieux la variation relative observée dans la mesure pour les distances 100,

creux ici à bien représenter l'influence conjuguée du sol et de la réfraction atmosphérique lorsque la distance atteint plusieurs centaines de mètres.

plitude est largement inférieure à l’amplitude mesurée. En hautes fréquences, le mode * ne présente pas de creux d’interférences très marqués : son comportement se rapproche du mode énergétique. Lorsque la distance d augmente, la figure d’interférences du mode * s’aplatit progressivement pour être quasiment

200, 600 et 1100 m.

La figure 3.7 montre que plus la distance augmente, plus le calcul peine à bien représenter le d'interférences aux alentours de 300 Hz. Ceci montre une limite des modèles utilisés

Figure 3.7. Atténuation relative au champ direct. Comparaison des modes de calcul énergie, interférences et

mixte en conditions favorables (notés resp. ef et if et *), aux mesures de Parkin et Scholes [Parkin 1965], réalisées en conditions favorables. d est la distance source récepteur. Les calculs sont effectués avec un sol de

résistivité 300 kNsm-4 (valeur adaptée aux mesures de Parkin et Scholes, selon [Daigle 1979]).

91


Figure 3. 8. Les courbes colorées représentent ici les atténuations de la figure précédente, plus la différence entre les atténuations mesurées et calculées pour d = 100 m. En d'autres termes, ces courbes représentent le

"passage" de 100 à 200, 600 ou 1100 m par Tympan.

- la différence entre les calculs Tympan à 100 et 200 m entre 50 Hz et 4 kHz est très faible.

Ceci était en revanche un peu moins évident pour d = 600 et 1100 m, car les atténuations mesurées à ces distances sont moins semblables à l'atténuation mesurée à 100 m.

La figure 3.8 montre ensuite une nette différenciation des modes de calcul lorsque d augmente. A 200 m, les modes de calcul donnent des courbes similaires. A 1100 m, le calcul en interférences semble plus adapté, en tout cas entre 50 Hz et 4 kHz. Pour des fréquences supérieures, les mesures de Parkin et Scholes ne permettent pas d'effectuer de comparaison, ce qui aurait pu être utile pour statuer sur le choix du mode de calcul27.

1.3.4. Quel paramétrage retenir ?

Comme nous l'avons vu dans les sections 1.3.2 et 1.3.3, chacun des calculs Ai(S,R) ou Ai(S,M) fait apparaître deux paramètres dont la valeur est à déterminer. Que ce soit pour Ai(S,R) ou Ai(S,M), il est difficile d’arrêter le choix du mode de calcul a priori. L'analyse menée en section 1.3.3 montre en effet que les modes de calcul en énergie, interférences ou mixte (mode *) présentent des avantages différents. Il faut néanmoins noter que c'est le mode interférences qui permet d'obtenir les amplitudes plus proches de mesures pour les creux d'interférences en moyennes fréquences.

En conséquence, pour choisir le paramétrage pour le calcul de Ai(S,R) et Ai(S,M) donnant le type de filtre le plus adapté à notre étude, il apparaît nécessaire de comparer, pour un cas simple, des sons créés par filtrage à des sons réellement enregistrés au point M. Cette étape de comparaison en M de sons réels à des sons enregistrés en R puis filtrés fait l’objet des sections 3 à 5 de ce chapitre.

Auparavant, nous détaillerons les aspects relatifs à la modélisation des sources dans la section 2.

Analysons maintenant la figure 3.8 : nous remarquons tout d'abord que l'allure des courbes est plus satisfaisante : le creux d'interférences aux alentours de 300-400 Hz est bien mieux représenté que sur la figure 3.7. Pour d = 200 m, ce n'est pas du tout surprenant car d'après la figure 3.7 :

- l'atténuation mesurée à 200 m est relativement similaire à celle mesurée à 100 m;

27 Remarquons qu'à grande distance, les hautes fréquences sont fortement atténuées du fait de l'absorption atmosphérique ; le manque de données mesurées pour f >4kHz ne constituerait alors qu'une faible limitation.

92

2. Modélisation des sources et de leur environnement


Le calcul des atténuations Ai s’effectue à l'aide du logiciel Tympan à partir d’un modèle propre à chaque source, qui inclut la source, les points R et M et l’environnement (sol, bâtiments). Ce modèle est basé sur les mesures effectuées sur site : la hauteur de source, la distance entre source et point R, la distance entre source et parois. La modélisation du sol dépend du type de sol relevé lors de l'enregistrement. Les mesures ont été réalisées avec une certaine incertitude, qui doit être prise en compte lors du choix du paramétrage de calcul : les résultats de calcul se doivent en effet d’être stables lorsque les paramètres de modélisation varient dans une certaine plage d’incertitude autour de la valeur mesurée sur site.

Pour chaque source, un modèle Tympan est construit en différentes étapes : - modélisation de la source S ; - modélisation des bâtiments à proximité ; - modélisation du sol.

Nous allons détailler chacun de ces aspects dans les 3 sections suivantes (2.1 à 2.3). La numérotation des sources fait référence au tableau de l'Annexe A.

2.1. Modélisation des sources

Dans le cas général, la norme ISO 9613 [ISO 1996], sur laquelle se base Tympan, recommande de décrire une source étendue comme un ensemble de sources ponctuelles élémentaires afin de calculer l’atténuation. Les modèles de source étendue de Tympan présentés ici sont conformes à cette recommandation. La norme ISO 9613 cite également une simplification de modélisation pour des distances SR supérieures à deux fois la dimension caractéristiques de la source : le modèle ponctuel est proposé. Remarquons que ce critère ne sera pas applicable dans notre cas car il se base sur des comparaisons de niveau global. En termes de niveau par bandes de tiers d’octave en champ lointain, le modèle ponctuel peut donner des résultats très éloignés du modèle étendu.

Nous distinguons 5 types de sources, selon des critères de géométrie et de rayonnement. La description des modèles Tympan correspondants se trouve en Annexe D, section D.2.

2.1.1. Source de forme parallélépipédique, rayonnant par une ou plusieurs faces

C’est le cas des transformateurs (sources 1, 2, 15, 25, 28, 39, 53)28 et de blocs de ventilation (sources 6, 9, 20, 23, 33, 43), ainsi que des sources 7, 8, 11, 12, 20, 31, 32, 36, 37, 41 et 51.

Le modèle type "parallélépipède" leur sera associé. Les dimensions sont déterminées à partir des mesures effectuées sur site et à l’aide des photographies des sources. Les faces posées au sol,

28 Les numéros de sources font toujours référence à la première colonne du tableau de l’Annexe A.

93


situées contre des parois ou correspondant à des zones non rayonnantes de la source sont définies comme non rayonnantes.

Remarque : les transformateurs entourés d’enceintes acoustiques sont modélisées comme une boite de dimension celle du volume de l’enceinte. Les faces correspondant à un mur sont définies comme non rayonnantes. Un exemple est donné en Figure 3.9. Cette solution est préférable à la modélisation d’une boite (représentant la cuve) entourée de parois, car cette dernière ne prend pas en compte les multiples réflexions ayant lieu dans l’enceinte, et nécessiterait de prendre en compte des phénomènes de diffraction.

Figure 3.9. Transformateur avec enceinte (source 15) à gauche, et modèle Tympan associé (à droite).

Le modèle a pour dimensions les dimensions de l’enceinte. Le mur de gauche (bardage beige) est modélisé comme non rayonnant (en bleu). La face ventilée et le sommet sont modélisés comme rayonnants (en rouge).

2.1.2. Source de forme cylindrique, rayonnant par l’ensemble de ses faces non posées au sol

C’est le cas des sources de type "motopompe" (sources 17, 18, 30) et des sources 24, 45, et 55. Le modèle type "cylindre" décrit en Annexe D leur sera associé. La face posée au sol est définie comme non rayonnante.

Le rayonnement du modèle présente un axe de symétrie (celui du cylindre) tout comme le rayonnement supposé des sources. Le modèle est donc adapté de ce point de vue.

2.1.3. Source rectangulaire encastrée dans une paroi

C’est le cas des bouches de ventilation (sources 3, 19, 26, 29, 49, 50, 52) et des portes de salle des machines (sources 13, 14, 16, 21, 38, 40), ainsi que des sources 4 et 5. Toutes ces sources surfaciques sont rectangulaires. Elles seront modélisées comme une face rayonnante d’un parallélépipède, encastrée dans une paroi. Il est montré en Annexe D que la directivité de ce modèle est de type hémisphérique, ce qui est cohérent pour ce type de sources.

2.1.4. Ouverture d’un tube circulaire libre

C’est le cas de bouches d’aération ou d’échappement (sources 27, 42, 44, 47, 54), et des cheminées (source 48).

94


Les sources 27, 44, 47 et 54 sont de très petites dimensions (<0,5 m) ; des calculs Tympan donnent des résultats identiques pour une source ponctuelle et un cube de rayon 0,5 m. Par conséquent, ces sources seront modélisées comme ponctuelles.

La source 42 (bouche d’aération circulaire) est de diamètre plus important (1 m), et sera représentée par un cylindre dont seul une extrémité rayonne. La directivité résultante est représentée en figure 3.10.

Figure 3.10. Rayonnement d’une extrémité d’un cylindre (calcul Tympan de niveau global). Vue en coupe.

une portion de sa hauteur)

est un cylindre de rayon égal à celui de l’aéroréfrigérant et de rigérant (de l’ordre de 180 m). En revanche, le cylindre ne rayonne

qu

par face. Différents tests ont montré que les résultats de calcul Tympan ne se dégradent pas de manière significative (écarts inférieurs à 3 dB sur chaque bande de 1/3 d’octave, écart global

que la densité est supérieure ou égale à 5 sources/m. Nous retiendrons donc gérants ainsi que des sources 7, 24 et 55, cette

val

à 0,5 sources/m sans dégrader la précision du calcul.

Remarquons que la forme du rayonnement représentée en figure 3.10 est celle qui se rapproche le plus de la directivité supposée des cheminées chaudes (cf. Annexe B). Le modèle de cheminée utilisé pour la source 48 sera donc un cylindre dont seule l’extrémité rayonne.

2.1.5. Sources de type aéroréfrigérants (cylindre rayonnant sur

Le modèle de source associéhauteur égale à celle de l’aéroréf

e sur une portion de sa hauteur, correspondant à la zone de chute d'eau (de la base jusqu'à 8 à 12 m de hauteur selon les aéroréfrigérants). Les modèles de sources ont été copiés sur les modèles déjà existants pour les études d’impact réalisés chez EDF R&D. Notons que la géométrie du modèle développé pour la source 46 diffère quelque peu de celle des autres modèles.

2.1.6. Densité de sources

Pour tous les modèles cités ci-dessus (sauf la source ponctuelle), il faut définir une densité de sources

inférieur à 1 dB) tant cette valeur par défaut. Dans le cas des aéroréfri

eur conduit à un nombre de sources trop important, générant des temps de calcul très longs. Des tests effectués avec différentes valeurs de densité montrent que pour ces sources, du fait de leur grande taille, il est possible d’abaisser la densité

95


2.2

de réception.

. Bâtiments

Certaines sources de la sonothèque sont proches de parois réfléchissantes (cf. chapitre 2, section 5). Ces parois peuvent avoir un impact sur le spectre au point de réception si un trajet réfléchi par la paroi parvient au point

Les parois sont caractérisées sous Tympan par leur coefficient d'absorption δ (défini en Annexe D, section D.2.2). Dans l'étude, le coefficient d’absorption δ sera choisi égal à 0,1. Cette valeur convient grossièrement à des surfaces réfléchissantes (béton) et à des bardages industriels. Nous manquons de données sur les bardages utilisés sur les sites industriels pour pouvoir définir une valeur éventuellement plus précise.

Est-il nécessaire de modéliser sous Tympan toutes les parois relevées dans la sonothèque ? Pour rép

tre décrit nalytiquement. De plus, les critères obtenus pour le cas d'une source ponctuelle s'appliquent

également au cas moins restrictif d'une source étendue : les interférences dues aux parois sont lus grand nombre de trajets sommés.

el on place la source et le point R. Malheureusement, Tympan ne prenant pas en ompte la réflexion sur la face supérieure des bâtiments (i.e. le toit), un tel modèle est inadapté au

cul de Ai(S,R) : en effet, Tympan prendrait alors en compte une réflexion sur le sol (altitude m), comm si le toit n'existait pas. Pour éviter ce problème, il faut dans ce cas placer S et R au iveau du sol et choisir une résistivité adaptée au revêtement de toit pour obtenir un effet de sol

ondre à cette question, nous allons considérer un système simple, constitué d’une source ponctuelle et d’une paroi. Ce système présente tout d'abord l'avantage de pouvoir êa

d’amplitude moindre pour ce type de source, en raison du p

Notons que pour les sources encastrées dans une paroi, la paroi fait partie intégrante du modèle de source (cf. section 2.1.3). Les autres cas sont examinés dans les sections 2.2.1 à 2.2.4.

2.2.1. Cas d’une source sur un toit (hauteur htoit)

C'est le cas de 9 sources de la sonothèque (sources 6, 9, 10, 20, 23, 42, 45, 54, 55). L’approche la plus logique est de construire un modèle comprenant un bâtiment de forme parallélépipédique, au sommet duquccal0 e nplus approprié.

Figure 3.11. Modélisation Tympan pour le calcul des atténuations relatives aux sources situées sur un toit.

Cas réel (a) ; modèle pour Ai(S,R) (b) ; modèle pour Ai(S,M) (c).

S R S

MM

hS hR

hM

htoitS R

hShR

hS

h

htoit

bâtiment M

(a) (b) (c)

96


Un deuxième modèle est alors réalisé pour le calcul de Ai(S,M), dans lequel la source est cette fois placée à une hauteur correspondant à

M), l’amplitude de l’onde réfléchie par la paroi est égligeable devant l’amplitude de l’onde directe, il n’est pas nécessaire de modéliser la paroi.

Le rapport d’amplitude des deux ondes dépend de la distance horizontale source / récepteur (d(S,R) ou d(S,M)), de la différence de hauteur source / récepteur (notée h) et de la distance source/paroi (notée m). Ces distances sont très variables selon les cas (cf. tableau 3.6). Nous allons chercher onctions de s, qde mo ne roi

Tableau 3.6. S ces avec une i derrière e-

point

hS+htoit. Le bâtiment n’est ici pas modélisé car nous nous plaçons dans un cas de référence où S et M sont en vue directe : dans notre contexte de modélisation simple (pas de diffraction), le bâtiment n’a aucune contribution au point M.

2.2.2. Cas d’une paroi derrière la source

Lorsqu’au point de réception (R ou n

des critères f ces distance ui nous permettrons de décider s’il est nécessaire déliser u pa dans un cas donné.

our paro cell ci.

au R au point M

Source hauteur h=| R| m = distancesource/paroi

d= distance horizontale (S,R) m m/hhS

hS-h m/d /h d m/d

12 1 0,2 25 22 1,2 125 >200 <0,2 12515 6 4,8 18 37 0,5 3,7 >200 <0,1 3,7 25 4 2,8 10 56 0,2 3,6 >200 <0,1 3,6 27 10 8,8 0,2 31 0,006 0,02 >200 <0,1 0,0230 1,5 0,3 3 8 0,4 10 >200 <0,1 10 32 1 0,2 1 8 0,1 5 >200 <0,1 5 33 1 0,2 25 4 6,3 100 >200 <0,2 10039 2 0,8 8 21 0,4 10 >200 <0,1 10 43 1 0,2 4 4 1 20 >200 <0,1 20 44 3 1,8 0,2 4 0,05 0,11 >200 <0,1 0,1147 4 2,8 0,2 5 0,04 0,07 >200 <0,1 0,0753 3 1,8 18 12 1,5 10 >200 <0,1 10 54 2,5 1,3 1 4 0,2 0,76 >200 <0,1 0,76

Une approche analytique simple, basée sur des considérations énergétiques, donne un premier ordre de grandeur du ratio m/d à partir duquel il n’est pas nécessaire de modéliser la paroi.

La figure 3.12 présente les notations utilisées : l’onde directe parcourt une distance r1, et l’onde réfléchie par la paroi (supposée parfaite, soit un coefficient d’absorption δ nul) parcourt une distance r2. r1 et r2 s'expriment en fonction de d, m et h.

97


222

221

)2( hmdr

hdr

++=

+=

d

m

R ou M

S

h r1

m

r2

Figure 3.12. Cas d’une paroi derrière la source.

Le niveau de pression acoustique L au point de réception (M ou R), calculé comme la somme

en énergie des ondes directes et réfléchies, s’écrit selon l'équation29 3.8 :

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

=⇔=

2

2

1

10

2

2

1

10

2

1²²2

²log10

1²²2

²log10

10

rr

rpAL

Qrr

rpAL

Qδ

(3.8)

avec : A = facteur d’amplitude de l’onde ; Q = coefficient de réflexion de la paroi ; p0 = pression acoustique de référence.

En considérant qu’une variation du niveau global ∆L par rapport à la seule contribution de l’onde directe est négligeable si inférieure à 1 dB, on obtient une condition sur le ratio r1/r2 décrite par l’équation suivante :

5,011log102

1

2

2

1 <⇔<⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=∆

rr

dBrr

L (3.9)

Si l’on raisonne en interférences, le ∆Li sur une bande de fréquences donné peut être supérieur au ∆L énergétique global. Notre critère d’erreur de 1 dB sur le niveau global peut donc être complété d’un critère sur chaque bande de fréquences, avec un seuil de 3 dB dans ce cas (qui est le seuil d’erreur par bande déjà utilisé lors de l'étude concernant la directivité des sources, cf. section 1.2). Il devient :

(3.10) ⎩⎨⎧

<∆

<∆

dBLdBL

i 31

29 Cette équation s'établit de manière immédiate à l'aide de l'équation B.8, en Annexe B.

98


Notre méthode d’analyse sera donc la suivante : - étude du critère énergétique global ∆L < 1 dB ; - pour les sources respectant ce critère, étude du critère par bande de 1/3 octave ∆Li < 3 dB, à

l’aide d’un calcul en interférences sous Tympan.

Appliquons maintenant la condition de l’équation 3.10 au cas d’une paroi derrière la source, présenté précédemment en figure 3.12. Avec les expressions de r1 et r2 en fonction de d, m et h, résoudre l’équation 3.9 revient à résoudre l’inégalité 3.11, du second degré en d.

(3.11) 075,075,0 222 <−+− mhmdd

Le discriminant est égal à 4(m2- 0,752 h2). Il existe des racines réelles si et seulement si m/h > 0,75. Ceci impose une première condition géométrique pour la modélisation d’une paroi derrière la source : la paroi doit être modélisée si cette condition n’est pas respectée.

Si nous nous plaçons dans le cas m/h > 0,75, le polynôme du second degré en d a deux racines réelles, d1 et d2. La solution de l’équation 3.11 s’écrit d1 < d < d2. En ne gardant que l’inégalité de droite, nous obtenons une condition sur le ratio m/d :

²/²25,2415,1

75,0*2)75,0(4 222

mhdm

hmmd

−+>⇒

−+<

(3.12)

Avec la condition m/h > 0,75, h/m varie entre 0 et 4/3, et le terme de droite de l’équation 3.12 varie entre 0,5 et 1,5. Nous retenons la condition la plus contraignante, soit m/d > 1,5.

En conclusion de cette approche énergétique, il n’est pas nécessaire de modéliser une paroi derrière la source si :

(3.13) ⎩⎨⎧

>>

5,1/75,0/

dmhm

Si les sources 33 et 53 remplissent ces critères pour le point R, aucune source du tableau 3.6 ne remplit ces deux conditions en M. Pour le calcul de l’atténuation au point M, il faudra donc modéliser la paroi située derrière toutes les sources du tableau 3.6.

2.2.3. Cas d’une paroi derrière les microphones

Les sources concernées par ce cas sont présentées dans le tableau 3.7, en page suivante.

Pour le calcul de Ai(S,M), les parois derrière les microphones ne sont pas modélisées car la paroi constituerait un obstacle à la propagation du son entre S et M, ce qui est contraire à l'hypothèse de départ de l’étude. En effet, nous supposons que S et M sont en vue directe (cf. section 1.1).

En revanche, pour le calcul de Ai(S,R), une paroi derrière les microphones doit être prise en compte de la même manière qu’une paroi derrière la source. Il se traite de la même manière que le

99


cas d’une paroi derrière la source, en inversant la position de R et M sur la figure 3.12. Les équations et les seuils obtenus sont identiques.

Pour les sources 17, 28 et 53, les critères m/h > 0,75 et m/d > 1,5 sont respectés. L’approche énergétique assure donc ∆L < 1 dB. Des calculs Tympan en interférences, réalisées avec les données géométriques de ces trois sources, montrent qu’on a également ∆Li < 3 dB pour toutes les bandes de tiers d’octave. Pour les sources 17, 28 et 53, il n’est donc pas nécessaire de modéliser la paroi derrière les microphones. Pour les autres sources du tableau 3.7, la modélisation est nécessaire.

Tableau 3.7. Sources avec paroi derrière les microphones

source hS d m = distance R/paroi m/d h m/h 8 3,5 24 13 0,5 2,3 4,6

17 2 13 25 1,9 0,8 2,4 28 2 9 21 2,3 0,8 2,9 41 2 30 18 0,6 0,8 0,75 52 3 30 36 1,2 1,8 0,7 53 3 12 58 4,8 1,8 2,7

2.2.4. Cas d’une paroi parallèle à (SR)

Ce cas est décrit par la figure 3.13. Le tableau 3.8 présente les distances d(S,R) et m pour les sources de la sonothèque qui se situent dans ce cas.

4/3'

'²)²2(

²²'

2

1

>⇒

+=

+==

dm

dmr

hddr

r1=d’

m

R S

r2

Figure 3.13. Cas d’une paroi parallèle à (SR) : réflexion sur la paroi à d/2.

Tableau 3.8. Sources avec paroi parallèle à (SR).

au point R au point M Source hauteur m = distance

source/paroi d = distancehoriz. (SR)

ratio m/d’

d = distance horiz. (SM)

ratio m/d’

5 1,5 12 10 1,2 >200 <0,1 16 4 20 43 0,5 >200 <0,1 18 2 25 12 2,1 >200 <0,1 26 1,5 5 10 0,5 >200 <0,1 27 10 15 31 0,5 >200 <0,1 30 1,5 2,5 8 0,3 >200 <0,1 32 1 3 8 0,4 >200 <0,1 47 4 0 (S au-dessus) 5 0 >200 <0,1

100


En appliquant l’équation 3.9 au cas d’un mur parallèle à (SR), on obtient le ratio donné en figure 3.13. Si les sources 5 et 21 satisfont au critère m/d’ > 4/3 au point R, aucune des sources ne le respecte au point M. Pour toutes ces sources, la paroi sera modélisée pour le calcul des atténuations en R et M30.

2.2.5. Influence des bâtiments

Des modèles Tympan ont été réalisés pour les différentes sources citées dans les tableaux 3.6 à 3.8. Pour les pires cas (sources 27 et 28), un calcul en interférences montre que l’influence de la paroi est de l’ordre de 1 dB sur le niveau global, avec des pics et des creux d’amplitude pouvant atteindre 8 dB sur les bandes 1/3 octave de fréquence centrale 100 Hz à 800 Hz.

Tout comme la mesure de la hauteur de source, la distance source / paroi a été relevée sur site avec une marge d’erreur relative estimée à environ 10 % (cf. chapitre 2, section 4). Au vu de l’influence des bâtiments sur le calcul en mode interférences, cette incertitude doit être prise en compte lors de l’évaluation de la robustesse des différents paramétrages de calcul.

2.3. Modélisation du sol

Dans le logiciel Tympan, le sol est caractérisé par sa résistivité, en kNsm-4. Sur site, la résistivité du sol n’a pas été mesurée, mais le sol a été classifié en 5 catégories (herbe, terre, gravier, bitume, revêtement de toit). Pour la modélisation, il nous faut associer une résistivité adaptée à chacune de ces catégories. Tympan propose les correspondances suivantes :

- bitume et revêtement de toit : résistivité 20 000 kNsm-4 ; des variations de la résistivité

autour d’une valeur de cet ordre n’ont pas d’impact sur le calcul. - terre et gravier : résistivité moyenne de 500 kNsm-4, pouvant varier de 350 à 700 kNsm-4 ;

ces variations ont un impact sur le calcul. - herbe : résistivité moyenne de 200 kNsm-4, pouvant varier de 100 à 350 kNsm-4, voire 400

kNsm-4 si l’herbe est très humide et rase.

Entre S et R, la résistivité réelle du sol peut être plus proche des valeurs limites de la catégorie que de la valeur moyenne. Il faudra veiller à ce que les résultats de calcul restent relativement stables quand la résistivité du sol varie dans une plage de valeurs de résistivité "possibles" ; par exemple, entre 100 et 400 kNsm-4 pour un sol herbeux.

Concernant la modélisation des propriétés du sol entre R et M, on désire fixer pour notre étude une résistivité représentative des sols entourant les sites d’implantation EDF, qui sont majoritairement de type herbeux (prairies). Le retour d’expérience des études d’impact réalisées par EDF montre qu’une résistivité de 200 kNsm-4 est adaptée.

Remarque : il paraît logique de créer un modèle Tympan unique réunissant S, R et M, avec deux types de sol distincts (l’un entre S et R, l’autre entre R et M). Ceci est en pratique dangereux pour 30 La paroi est conservée pour le calcul au point M afin de conserver la même configuration que pour le calcul en R. La paroi peut en effet avoir une contribution pour les deux calculs.

101


le calcul de Ai(S,M) en raison d’une limitation du logiciel : des problèmes de calcul apparaissent en effet si des réflexions ont lieu au niveau de l’interface entre les deux types de sol. Les concepteurs de Tympan préconisent de n’utiliser qu’un type de sol par modèle. Nous créerons donc deux modèles distincts : un pour le calcul de Ai(S,R), et un pour le calcul de Ai(S,M).

2.4. Synthèse : 2 cas de modélisation pour le calcul des Ai

L'étude présentée tout au long de cette deuxième section a permis d’identifier 2 cas de modélisation en fonction des sources : un cas général, et le cas des sources situées sur un toit, pour lesquelles la hauteur de la source diffère entre le calcul de Ai(S,R) et le calcul de Ai(S,M). Ces modèles sont synthétisés dans les figures 3.14 et 3.15. Nous noterons la résistivité σ.

S

R M

d(S,M)1m20 1m20 hS

m

Sol, σ =200 kNsm-4

hS

mS

Source étendue (cf. section 2.1)

Paroi, δ =0,1. Modélisation des parois si ∆L> 1 dB ou ∆Li> 3 dB (cf. section 2.2). 3 types de paroi :

- mur derrière S (pour Ai(S,R) et Ai(S,M)) - mur parallèle à (SR) (pour Ai(S,R) et Ai(S,M))- mur derrière R (pour Ai(S,R) uniquement).

Sol de résistiv le type de solité variable selon

Figure 3.14. Cas général.

S

R M

S

d(S,M)

1m20 1m20 hS

hS + htoit

Paroi, idem cas général.

m

m

Sol de le selon le type de sol résistivité variab Sol, σ =200 kNsm-4

Figure 3.15. Sources pour lesquelles R est sur un toit (9 sources).

102


2.5. Incertitudes de modélisation

Nous avons vu, au cours de la section 4 du chapitre 2 faisant un bilan de la sonothèque, que les mesures de la hauteur de la source et des distances source / paroi ont été effectuées avec une certaine incertitude, estimée à 10%. Nous avons également remarqué que la résistivité du sol entre S et R est estimée à partir du type de sol, avec une certaine incertitude. Le tableau 3.9 détaille les sources qui cumulent plusieurs de ces incertitudes.

Tableau 3.9. Sources et incertitudes de modélisation.

Incertitudes Nombre de sources Sources concernées sur la hauteur de source 30 cf. chapitre 2, section 4 sur la distance source / paroi 8 26 27 30 32 43 44 47 54 sur ces deux grandeurs 3 27 47 54 sur la valeur de résistivité du sol 56 toutes

La modélisation des sources 27, 47 et 54 risque d’être assez imprécise, car deux grandeurs géométriques ne sont pas connues à mieux que 10%. Ces sources méritent cependant d’être étudiées car elles ont des caractéristiques acoustiques intéressantes (tonalités très marquées).

Concernant le calcul Tympan, il faut faire 4 choix : - choisir le mode de calcul (énergie ou interférences) pour Ai(S,R) ; - choisir le mode de calcul (énergie, interférences ou mixte) pour Ai(S,M) ; - choisir la valeur de h1 pour le calcul de Ai(S,M) ; - choisir une valeur de résistivité adaptée à chaque type de sol.

Ces choix doivent être effectués afin d’obtenir des filtres permettant d'obtenir des sons perceptivement proches du son que l'on pourrait enregistrer en M. Mais le choix des paramètres de calcul également doit se faire en accord avec la précision des modèles : les résultats se doivent d’être robustes vis à vis d’une variation de la hauteur de source de 10%, d’une variation de la distance source / paroi de 10%, et d’une variation de la résistivité du sol dans une plage de valeurs correspondant au type de sol.

Afin de choisir le paramétrage calcul le plus adapté pour le filtrage, une comparaison en M de sons réels à des sons enregistrés en R puis filtrés, à la fois sur le plan physique et perceptif, apparaît nécessaire. Ceci fait l’objet des sections 3 (comparaison physique) et 4 (comparaison perceptive) de ce chapitre.

103


3. Comparaison physique de filtres Tympan à des filtres mesurés

Dans le but de choisir un jeu de paramètres optimal, nous avons voulu comparer des filtres issus de mesures physiques à des filtres issus de calculs Tympan. Cette comparaison s’effectuera à la fois sur le plan physique (dans cette 3e section) et sur le plan perceptif (dans la 4e section de ce chapitre). Les 4 paramètres à déterminer sont :

- le mode de calcul pour Ai(S,R) : interférences ou énergie ; - le mode de calcul pour Ai(S,M) : interférences ou énergie ou mixte ; - la valeur de h1 (qui détermine la position des réflexions supplémentaires pour le calcul de

Ai(S,M) , cf. section 1.3.3.) ; - une valeur de résistivité adaptée à chaque type de sol.

Le jeu de paramètres retenu doit permettre d’obtenir des sons en M physiquement et perceptivement proches des sons mesurés, et se doit d’être robuste aux incertitudes de modélisation relatives à :

- la hauteur de source ; - la distance source / parois ; - la résistivité du sol.

Des mesures ont été effectuées sur le stade de football du site EDF des Renardières la nuit et par vent faible, afin de se placer en conditions favorables (réfraction atmosphérique vers le bas). La source et le point M ont été placés à 100 m de distance. Pour des raisons de rapport entre niveau du bruit émis par la source et niveau du bruit de fond, il n'était pas possible d'effectuer des mesures sur une distance plus grande avec le matériel disponible.

Différentes configurations source / point R ont été choisies pour leur représentativité. Après avoir présenté le protocole de mesure et les configurations (S,R,M) mesurées (sections 3.1 et 3.2), nous présenterons les résultats de mesure (section 3.3) et la comparaison avec les spectres calculés par Tympan (sections 3.4 et suivantes). La comparaison perceptive des sons associés fera l’objet de la section 4.

3.1. Protocole de mesure

3.1.1. Mesure des atténuations

La mesure de l’atténuation Ai s’effectue par des mesures de spectres en tiers d’octave aux points R et M, lorsque la source S diffuse un bruit rose.

L’atténuation Ai est déterminée pour chaque bande de tiers d’octave i par l'équation 3.14 relative à une source omnidirectionnelle :

Lpi = Lw

i – 11– Ai (3.14)

104


avec : Lp

i = niveau de pression mesuré par un sonomètre au point considéré ; LW = puissance de la source dans la bande i, qui est mesurée séparément par intensimétrie.

On effectue également une mesure de réponse impulsionnelle par méthode MLS (à l’aide d’un système 01dB Symphonie). Les réponses impulsionnelles seront examinées afin d’identifier la présence éventuelle d’échos indésirables au point d’enregistrement.

Enfin, une mesure de bruit de fond (Leq,1s) sur plusieurs plages de temps disjointes est effectuée à l’aide d’un sonomètre.

3.1.2. Sons diffusés et enregistrements audio

En chaque point R et M, un enregistrement stéréophonique ORTF est effectué, lorsque la source S diffuse un bruit rose (produit par un générateur), et également un bruit à tonalité audible (fichier audio de bruit de transformateur), ce dernier étant choisi pour la présence de raies spectrales très marquées (à 100 Hz et harmoniques).

3.1.3. Instrumentation

La source utilisée est une source omnidirectionnelle B&K 4296, couplée soit à un générateur de bruit rose B&K 1405, soit à un ordinateur PC diffusant des signaux .wav ou MLS. Au point d'enregistrement (R ou M) sont disposés :

- un couple ORTF Schoeps MSTC 64 relié à un enregistreur DAT Sony TCD-D10 pro ; - un sonomètre 01dB SIP 95, qui effectue une mesure de LAeq et de spectre en 1/3 octave ; - un microphone de métrologie relié au système Symphonie (pour la mesure MLS).

Le dispositif et les mesures effectuées sont représentées sur la figure 3.16 et le tableau 3.10.

Fig rumentat our la mesure des réponses impulsionn

des niveaux sonores, des spectres 1/3 octave, et pour l’enregistrement audio.

ure 3.16. Inst ion p elles,

Source B&K 4296

Couple ORTF + DAT

Sonomètre SIP 95

Système 01 dB Symphonie

105


Tableau 3.10. Mesures réalisées.

Point Hauteurs de source

Réponse impulsionnelle

Spectre 1/3 octave par sonomètre

Leq,1s par sonomètre

R 1,5 m et 3 m oui oui oui M 1,5 m et 3 m oui oui oui

3.2 C

en comparant des calculs et des mesures pour un nom

variations de la résistivité du sol sur le rendu sonore ; le nombre de parois réfléchissantes varie.

3 configurations (S,R) sont envisagées (cf. figure 3.17), dont les dimensions ont été éterminées à partir de calculs Tymp respecter l’ordre de des interférences bservées dans les modèles relatifs aux sources de la sonothèque. Les deux premières représentent es cas simples sans bâtiments alentours. La troisième représente un cas où les interférences dues à paroi ont une amplitude maximale de l’ordre du pire cas de la sonothèque (environ 8 dB). Dans

haque cas, les mesures sont effectuées pour deux hauteurs de sources : hS = 1,5 et 3 m.

Figur t R3.

Figure 3.18. Configuration de mesure au point M.

. onfigurations

Le cas-test doit nous permettre de déterminer,bre limité de configurations (S,R,M), quel est le mode de calcul le plus adapté pour obtenir des

sons ressemblants aux sons enregistrés au point M. Pour ce faire, il faut choisir des configurations pour lesquelles :

- l’amplitude des interférences est de l’ordre de celle observée dans les calculs relatifs aux sources de la sonothèque (de 6 à 8 dB d’amplitude, cf. section 2.2.5) ;

- le sol est soit de type herbeux soit de type gravier, évaluant ainsi l’influence des

-

d an pour grandeur odlac

e 3.17. Configurations de mesure aux points R1, R2 e

M1,5 et 3m

S

He

100m

rbe 1,2m

Paroi réfléchissante

R1 R3

1,2 m

S

12m

1,5 et 3 m Herbe

1,5 m

R2

1,2m

S

1,5 et 3 m

Gravier

12m

1,2 m

S

12m

1,5 et 3 m

Herbe

106


L’atténuation entre S et M est mesurée pour le cas simple détaillé en figure 3.18. La distance entre S et M a été limitée à 100 m en raison de l'influence du bruit de fond (bruit résiduel) au point M. Le sol est plan et il n’y a pas d’obstacle entre S et M, ni de bâtiments alentours. Nous obtenons ainsi 6 configurations (S,R,M) différentes :

- configuration (S, R1, M, hS = 1,5 ou 3 m) ; 5 ou 3 m) ; 5 ou 3 m).

gurations (S, R3, M), il y a un mur derrière S pour la mesure en R

- configuration (S, R2, M, hS = 1,- configuration (S, R3, M, hS = 1,

Remarquons que pour les deux confi3, mais pas pour la mesure en M. Pour ces deux configurations, il sera donc impossible

de comparer les enregistrements en M avec les sons obtenus à partir des enregistrements en R3.

3.3. Résultats de mesures

3.3.1. Réponses impulsionnelles

Les réponses impulsionnelles ont été examinées pour toutes les configurations de mesure. Aucune ne présente d’écho indésirable. Les spectres enregistrés sont donc représentatifs des seules ondes directes et réfléchies par le sol (et par la paroi pour R3).

Po

eq,1s

0.10

0.08

Figure 3.19. Réponses impulsionnelles : exemples aux points R3 et M (hS = 3 m). Abscisses en secondes.

ur le point R3, l’écart temporel entre l’onde directe et l’onde réfléchie par le bâtiment correspond bien au temps que met l’onde sonore pour parcourir deux fois la distance source / paroi (1,5m).

3.3.2. Spectres 1/3 octave

Les spectres sont calculés sur une période continue d’une minute, non perturbée par des bruits annexes (passage d’une voiture ou d’un train, repérés par des pics de L dans l’enregistrement).

0.06

0.04

0.02

0.00

0.02

0.04

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.

0.020

0.015

0.010

0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0

onde directe

onde réfléchie par le sol

point R3

ondes réfléchies par le mur

point M

107


Le moyennage temporel sur une minute permet de s’affranchir d’une partie importante de la variabilité du niveau due aux fluctuations micro-météorologiques. Les spectres sont donc représentatifs des conditions météorologiques moyennes lors de l’enregistrement : conditions favorables (soir), vent nul à 1,5 m du sol.

Le bruit de fond est calculé par moyenne logarithmique des niveaux relatifs à deux périodes disjointes de 30s, non perturbées par des bruits annexes (passage d’une voiture ou d’un train, repérés par des pics de Leq,1s dans l’enregistrement).

dB po de fréquences au delà de 50 Hz. Pour les mesures en M, l’écart est supérieur à 10 dB pour les bandes supérieures à 80 Hz, et de l’

ison aux gabarits

semimp cplu pdes pa modélisation Tympan (hauteur de source, distance source / paroi, valeur de résistivité du sol) dans une plage correspondant à des valeurs "possibles".

aque configuration (S, R, M), calculer différentes atténuations prenant p

différentes valeurs "possibles" pour la hauteur de source, la distance source / paroi et la résistivité.

3.4.1. Calculs

Les tableaux tulen pour les atténuations Ai(S,R) et Ai(S,M). Les calculs sont effectués avec toutes les combinaisons possibles de ces paramètres.

Table ,R1). calculs sont ef e sol est de type herbeux.

Pour toutes les mesures en R, l’écart entre bruit rose mesuré et bruit de fond est supérieur à 10 ur les bandes

ordre de 5 dB pour les bandes 50 et 63 Hz. Pour les bandes inférieures, l’écart est nul, les niveaux mesurés ne sont alors pas représentatifs du bruit de la source. Nous représenterons les spectres mesurés entre 50 et 16000 Hz.

3.4. Sélection de paramétrages Tympan par comparamesurés

Le filtre que nous utiliserons pour les futurs tests d’écoute doit permettre de créer des sons blables aux sons que l'on pourrait enregistrer en M, et doit également être robuste aux

isions de modélisation. C’est pourqré uoi il importe que nous décidions du mode de calcul le s a proprié. En particulier, on s’intéressera à la robustesse du mode de calcul face à la variation

ramètres de

Nous allons donc, pour chen com te :

- les 3 paramètres de calcul à déterminer (mode de calcul pour Ai(S,R), mode de calcul pour Ai(S,M), valeur du paramètre h1) ;

-

Tympan

3.11 à 3.14 récapi t l’ensemble des calculs

au 3.11. Paramètres et valeurs pour le calcul de Ai(S18 fectués. L

Paramètre Valeurs mode de calcul énergie ou interférences résistivité (σ) 100, 200 (valeur par défaut), et 400 kNsm-4 hauteur de la source mesurée, -10%, et +10%

108


Paramèt eurs pour le calcul de A (S,R2). lculs sont e gravier.

iTableau 3.12. 1

res et valffectués. L8 ca e sol est e type

Paramètre Valeurs mode de calcul énergie ou interférences résistivité (σ) 350, 500 (valeur par défaut), et 700 kNsm-4 hauteur de la source mesurée, -10%, et +10%

eau 3.13. Paramètres et valeurs pour le calcul de ATabl R3). i(S,54 calculs sont effectués. Le sol est de type herbeux.

Paramètre Valeurs mode de calcul énergie ou interférences résistivité (σ) 100, 200 (valeur par défaut), et 400 kNsm-4 hauteur de la source mesurée, -10%, et +10% distance source / mur mesurée, -10%, et +10%

Tableau 3.14. Paramètres et valeurs pour le calcul de Ai(S,M).

36 calculs sont effectués. Le sol est de type herbeux.

Paramètre Valeurs mode de calcul énergie, interférences ou mixte (*) résistivité (σ) ajustée à 400 kNsm-4 par comparaison des calculs et des

mesures (ajustement du premier creux d’interférences). h1 toutes valeurs entières comprises entre 4 et 21

A noter que la mesur a rosée soit apparue sur le sol. Ceci explique que la valeur de kNsm-4) corresponde aux vale sa ux utres m res on s avant l'apparition de la rosée.

Pour chaq onfigurati , M), le l de us e roduit du nombre de calculs de Ai ombre de calculs de A t p asser ces filtres en six catégories

e entre S et M a été effectuée en dernier, après que lrésistivité adaptée à cette mesure (400

urs caractéri nt un sol herbe humide. Les a esu t été effectuée

ue c on (S, R n otaombre t filtres obten st égal au p(S,R) et du n i(S,M). Il es ossible de cl

, s de calcu atégori ns 5.

Tableau 3.15. Six catégories de paramétrages Tympan

Paramétrage Mode de calcul Ai(S,R)

Mode de calcul Ai(S,M) h1 Résistivité (σ)

entre S et R

elon le mode l. Ces c es définies da le tableau 3.1

ii interférences interférences à déterminer à déterminer ei énergie interférences à déterminer à déterminer ee énergie énergie à déterminer à déterminer ie interférences énergie à déterminer à déterminer i* interférences mixte à déterminer à déterminer e* énergie mixte à déterminer à déterminer

109


3.4.2.

σ aAi(S,R)3.15), nous obtenons un spectre calculé en 1/3 octaasp

Comparaison des gabarits mesurés et calculés

La comparaison calculs / mesures va d'abord nous permettre de déterminer des valeurs de h1 et daptées. En additionnant un spectre 1/3 octave mesuré en Ri (i=1, 2 ou 3) à une quantité

- Ai(S,M) calculée par Tympan selon les paramétrages définis précédemment (cf. tableau ve, au point M. Nous nous intéresserons à deux

ects : - la dispersion des spectres obtenus, représentant la robustesse du paramétrage Tympan (pour

R1, R2 et R3) ; - la ressemblance entre le spectre calculé à partir de R1 et le spectre 1/3 octave mesuré en M.

Cette comparaison des spectres calculés et des mesures peut s’effectuer en termes de niveau global, ou en termes de forme du spectre (qu’on appellera gabarit).

Concernant le choix d’un paramétrage optimal pour la création de stimuli sonores, il est tout à fait envisageable de retenir un paramétrage optimal en termes de gabarit, et un paramétrage optimal pour l’estimation du niveau global. Un stimulus serait alors créé par filtrage selon les atténuations calculées par un premier paramétrage, puis le niveau de pression acoustique du son obtenu serait aju a xaminer ces deux aspects sté u niveau calculé par le deuxième paramétrage. Nous allons donc esép émar ent, à commencer par l’étude des gabarits, qui nous permettra notamment de choisir les val rs adaptés en termes de

abarit. Le choix du paramétrage adapté en termes de niveau global sera présenté en section 3.5.

guerons trois zones fréquentielles dis

es 1/3 octave de 4000 à 16000 Hz.

daptés.

Comme on pouvait s'en douter, pour les paramétrages ee, ie, i* et e*, l’influence de h1 est très peu visible. On n’observe plus les pics et creux régis par h1 en HF. Toutes les valeurs de h1

ne allure satisfaisante en termes de déc

eu optimales des paramètres h1 et σ, et de sélectionner des paramétrages g

Pour l’analyse des différents gabarits obtenus, nous distintinctes : - zone basses fréquences (BF) : bandes 1/3 octave de 50 à 200 Hz ; - zone moyennes fréquences (MF) : bandes 1/3 octave de 315 à 3150 Hz ; - zone hautes fréquences (HF) : band

Choix d’une valeur de h1 pour chaque type de paramétrage Le retour d’expérience de l’équipe T63 d’EDF R&D désignait la valeur h1=10 comme la plus

adaptée en termes de niveau global31. Les calculs avec différentes valeurs de h1 (entiers entre 4 et 21, cf. tableau 3.14) permettent d'effectuer une étude paramétrique, visant à déterminer la valeur de h1 donnant les gabarits les plus a

Pour les paramétrages ii et ei, le paramètre h1 influe sur la position des creux d'interférences en HF. La valeur de h1=10 donne l’allure la plus proche et la plus robuste.

donnent la même robustesse. La valeur h1=10 donne uroissance du spectre en HF.

En conclusion, quel que soit le paramétrage, la valeur h1=10 est le meilleur choix possible, non seulement en termes de niveau global, mais aussi en termes de gabarit.

31 Selon une étude effectuée par un prestataire sur le logiciel Tympan, à laquelle nous n'avons pu accéder.

110


Et

en M) sont représentées à l tif et permet la comparaison avec les es et bleues (issues resp. de R2 et R3) ont été décalées en ordonnées, afin d'a ici que nous ne pouvons pas comparer les courbes issues de R3 x plutôt satisfaisante ; leur rep

est robuste. Po

étrage ei est plus robuste que le précédent, mais reste néanmoins sensible aux inc

sont superposées), ce qu

mesures. En rev

u important car le calcul y est très peu sensible.

sont très éloignés du gabarit mesuré en MF.

Le paramétrage i* présente certains avantages par rapport au paramétrage ii : il est plus robuste en HF, tout en reflétant le creux dû à l'effet de sol en MF. Néanmoins, l'amplitude relative de ce creux est moins marquée.

Enfin, le paramétrage e* est aussi robuste que le paramétrage ee, et l'allure des gabarits obtenus est également un peu plus satisfaisante.

ude des paramétrages ii, ei, ee, ie, i* et e* pour h1=10 Nous avons choisi une représentation graphique permettant de juger à la fois de la robustesse

des gabarits et de leur ressemblance avec les données mesurées, pour un paramétrage donné. Les 6 graphiques correspondants aux paramétrages étudiés sont donnés en figure 3.20. Nous détaillons ci-dessous leur lecture.

Les courbes rouges (issues de R ) et noires (spectres 1/3 octave mesurés 1

eur niveau original. L’écart entre ces courbes est donc significamesures. Les courbes vert

méliorer la visibilité. Rappelonsau courbes mesurées (cf. section 3.2), même si leur allure estrésentation permet néanmoins l'étude de la robustesse des gabarits.

Pour chaque couleur, le réseau de courbes est obtenu lorsque : - hS varie de +/- 10 % ; - la résistivité varie (3 valeurs) ; - la distance source mur varie de +/- 10 % (pour R3 uniquement).

Dans un même réseau, plus les courbes sont proches, plus le paramétrage ur chaque réseau de courbes, une courbe en gras représente la courbe moyenne.

Le paramétrage ii semble peu robuste : en effet, les gabarits sont très dispersés quand les paramètres de modélisation (hS, σ) varient. En revanche, la courbe moyenne présente une allure satisfaisante en MF et HF, même si la courbe semble trop élevée en basses fréquences. C’est ce paramétrage qui présente la variation d'amplitude relative la plus proche des mesures.

Le paramertitudes de modélisation à haute fréquence (>4 kHz). Ce paramétrage montre que le calcul en

interférences pour Ai(S,M) est robuste jusqu’au premier creux d’interférences, dû à l’effet de sol. L’allure des courbes issues de R1 est peu satisfaisante car les basses fréquences sont trop fortement représentées. Le choix d’une valeur précise de résistivité est peu important car le calcul y est très peu sensible.

Le paramétrage ee est le plus robuste (toutes les courbes de même couleur i paraît normal puisque c'est le paramétrage de calcul "tout énergétique". Les parties basses

fréquences et hautes fréquences du gabarit issu de R1 sont parfaitement parallèles auxanche, entre 315 et 3150 Hz (fréquences dites "moyennes"), donc dans la zone sensible de

l’oreille, le gabarit calculé ne suit pas du tout l’allure du gabarit mesuré. Le choix d’une valeur précise de résistivité est pe

Le paramétrage ie est peu robuste, ceci est dû au mode "interférences" entre S et R. De manière similaire au paramétrage ee, les gabarits

111


Figure 3.20. Etude de la robustesse des spectres calculés, et comparaison aux spectres mesurés. Paramétrages ii, ei, ee et ie, h1=10. Spectres en 1/3 octave, pour hS = 1,5 m et 3 m.

issus de RLes spectres ans le seul but de visualiser la robustesse des configurations (S, R3, M).

3 ne doivent pas être comparés aux spectres mesurés ; ils sont représentés d

112


Afin de quantifier ces observations visuelles entre les différents paramétrages, nous avons entre le gabarit calculé et le gabarit mesuré, sur les zoncalculé l’écart moyen es de fréquences BF,

MF

quand ceux-ci sont égalisés au même niveau de pression acoustique pondéré A. hS = hS mesuré à 16 kHz.

et HF, quand ceux-ci sont égalisés au même niveau global en dB(A) (cf. tableau 3.16).

Tableau 3.16. Ecart moyen (en dB) entre gabarit mesuré et gabarit calculé,

e, σ= valeur par défaut. BF = 50 à 200 Hz, MF = 250 à 3150 Hz, HF = 4 kHz

Ecart moyen (en dB) entre gabarit calculé et mesuré après égalisation en dB(A).

Paramétrage Ecart BF Ecart MF Ecart HF ii 1,3 1,9 6,1 ei 4,1 3,0 5,2 ee 0,7 4,5 2,9 ie 3,4 4,0 3,5 e* 2,5 3,9 3,5 i* 0,4 2,7 3,4

σ pour le calcul entre S et R Les paramétrages ii, ie et i* sont peu robustes à des variations des paramètres de modélisation :

n mode interférences. En revanche, la courbe cor

à la courbe cible (écart de niv

.4.3. Synthèse : paramétrages sélectionnés

paramétrages Tympan, soit 6 types de

Ai(S,R) Ai(S,M)

Choix de la valeur de

ceci est dû à la forte sensibilité du calcul de Ai(S,R) erespondant à la moyenne arithmétique des calculs sur l’ensemble des valeurs (σ, hS) "probables"

présente une allure satisfaisante (cf. figure 3.20), car ne comportant pas les singularités spectrales qui sont propres à un seul calcul. Elle constitue une bonne courbe cible.

Lorsque hS = hS mesurée, la valeur par défaut de σ paraît adaptée : en effet, pour toutes les configurations (S, R, M), la courbe correspondante est quasiment égale

eau par bande et global inférieur à 1 dB). Pour le choix de la valeur de la résistivité du sol entre S et R, nous retiendrons donc la valeur par défaut de Tympan, c’est-à-dire 200 kNsm-4 pour un sol de type herbeux, 500 kNsm-4 pour un sol de type gravier.

3

Avec la valeur h1=10, nous avons identifié 6filtres utilisables pour notre étude. Ceux-ci sont présentés dans le tableau 3.17.

Tableau 3.17. Paramétrages Tympan sélectionnés.

Nom Conditions

propagation Sodes trajets (kNsm-4) propagation

ation des

h1 σ (kNsm-4)

mmation σ Conditions Somm trajets

ii homogènes interf. 200 ou 500 400 favorables interf. 10 ie homogènes interf. 200 ou 500 favorables énergie 10 400 ee homogènes é nergie 200 ou 500 favorables é nergie 10 400 ei homogènes énergie 200 ou 500 favorables interf. 10 400 i* homogènes interf. 200 ou 500 mixtes mixte 10 400 e* homogènes énergie 200 ou 500 mixtes mixte 10 400

113


3. o n p ue s ob

étrage le plus adapté plus adapté en termes de spectre

(en

Suite à la sélection de 6 paramétrages Tympan, les sons enregistrés au point R sont filtrés par

5. C mparaiso hysiq des son tenus

Comme indiqué en section 3.4.2, nous allons choisir séparément le paramen termes de niveau de pression (section 3.5.2), et le paramétrage

comparant des sons égalisés en niveau, cf. section 3.5.4). Pour créer un stimulus représentatif de la source au point M, à la fois en termes de niveau de pression et de spectre, nous retiendrons alors le meilleur couple "paramétrage pour le niveau de pression / paramétrage pour le spectre".

3.5.1. Quels sons comparer ?

les 6 types de filtres calculés, afin d'obtenir des sons représentant une écoute au point M (cf. figure 3.21). Par souci de clarté, ces sons seront nommés comme le paramétrage de calcul (ii, e*, etc.).

De la même manière, nous avons filtré les sons enregistrés en R en utilisant les atténuations mesurées sur site. Pour chaque configuration de mesure, le son résultant sera noté M'.

Le filtrage d’un son à partir d’un résultat de calcul Tympan est décrite en Annexe E.

Il est d'abord intéressant de comparer, pour la configuration (S,R1,M), le son M' au son rée er du biais ind

de bruit enr

gure 3.21.

r des atténuations calculées par Tympan.

Comparaison des niveaux globaux

En termes de niveau global en M calculé en dB(A), les 6 paramétrages donnent les résultats

llement enregistré en M (que nous noterons "son M"). Ceci nous permettra de juguit par la méthode de filtrage, et en particulier par la résolution fréquentielle adoptée.

Dans un deuxième temps, afin de comparer les filtres Tympan aux filtres mesurés, nous comparerons les sons ii, ie… au son M', pour chaque configuration (S,R,M) et chaque type

egistré (bruit rose, bruit de transformateur).

La figure 3.21 résume les différentes comparaisons effectuées.

Fi

S R1 M

Son R1 Son M

Filtrage Ai mesurées

Son M’Ressemblance ?

Filtrage Ai calculées

Son ii(ie, i…)

Ressemblance ?

Comparaison des sons. Le son M (enregistré en M) est comparé au son M' (son enregistré en R et filtré par les atténuations mesurées), afin de juger du biais introduit par la méthode de filtrage. Le son M'

est également comparé aux sons construits à parti

3.5.2.

représentés dans les tableaux 3.18 et 3.19.

114


Tableau 3.18. Comparaison des niveaux de pression en dB(A) au point M. Cas du bruit rose.

(S,R1,M) (S,R2,M) (S,R3,M) dB(A) hS = 1,5 m hS = 3 m hS = 1,5 m hS = 3 m hS = 1,5 m hS = 3 m

M 63,7 / 63,7 63,9 / 63,9 - - - - M' 63,4 / / 63,4 63,3 / / 63,6 63,2 / / 63,7 62,8 63,8 63,1 63,8 62,6 63,9 ii 66,8 / 66,2 65,8 / 65,5 66,8 / 66,7 69,1 / 68,9 68,8 / 68,2 69 / 68,7 ie 66,2 / 65,5 65 / 64,7 66,3 6,1 67,4 68 / ,5 67,9 / 6 / 67,2 67 / 67,6 ei 65,6 / 65 64,9 / 64,6 65,8 / 65,6 68,4 / 68,1 67,5 / 67 67,8 / 67,6 ee 65,3 / 64,6 64,6 / 64,3 65,3 / 65 66,9 / 66,7 66,7 / 66,3 67 / 66,9 i* 64,1 / 63,5 63,6 / 63,2 64,2 / 64 67,1 / 66,9 66,1 / 65,5 66,8 / 66,6 e* 63 / 62,4 63 / 62,6 63,2 / 63,9 66,5 / 66,3 64,8 / 64,3 65,9 / 65,8

Tableau 3.19. C par i r t ormateur.

(S,R1,M) (S,R2,M) (S,R3,M)

om aison des n veaux de p ession en dB(A) au poin M. Cas du bruit de transf

dB(A) hS = 1,5 m hS = 3 m hS = 1,5 m hS = 3 m hS = 1,5 m hS = 3 m M 63,5 / 63,5 64,2 / 64,2 - - - - M' 65,8 / / 64,7 66,4 / / 65,6 62,8 / / 63,7 65,3 65,4 66,3 65,7 62,6 63,3 ii 69,8 / 69,3 69,2 / 68,6 70,4 / 70,3 71,0 / 70,9 68,9 / 68,8 71,5 / 72 ie 68,2 / 67,4 67,2 / 66,5 68,9 8,5 68,5 67, 69,3 / 6 / 68,5 9 / 68 / 69,6 ei 68,7 / 68,2 65,6 / 65 69,8 / 70 67,9 / 67,8 66,8 / 66,6 67,1 / 67,4 ee 66,6 / 65,9 65,3 / 64,6 67,5 / 67,4 66,5 / 66,5 65,7 / 65,7 67,0 / 67,2 i* 66,8 / 66,2 66,0 / 65,4 67,4 / 67,2 67,9 / 67,8 66,1 / 66,1 68,3 / 68,7 e* 65,5 / 64,9 63,2 / 62,5 66,6 / 66,6 65,4 / 65,3 63,8 / 63,7 64,9 / 65,2

Dans le ca M et M' sont identiques au décibel près. Les

filtres i*, e* et perm m avec une ma

atteint un maximum de 2,3 dB. Les filtres i*, e* et ee permettent d’o

bal donné par le paramétrage e*, i* ou ee.

sonore

La comparaison des sons M et M', tous deux issus des mesures effectuées sur site, permet de ctave pour le filtrage.

No

carts apparaissent à des fréquences supérieures : autour de

s duee

bruit rose, lettent d’obtenir une estim

es niveaux des sons ation du niveau global (A) à 100

rge d’erreur de 3 dB(A), ce qui est satisfaisant au regard de la précision des méthodes de calcul employées (cf. [ISO 1996]).

Dans le cas du bruit de transformateur, l'écart de niveau de pression entre M et M' est légèrement plus important, et

btenir une estimation du niveau global (A) à 100 m avec une marge d’erreur légèrement supérieure à 3 dB(A).

Il reste maintenant à déterminer le paramétrage P donnant le spectre le plus satisfaisant, que l'on associera au niveau glo

3.5.3. Comparaison des sons M' et M égalisés en niveau

juger du biais introduit par le fait d'utiliser une résolution fréquentielle 1/3 ous avons tracé, pour le cas du bruit rose et du bruit de transformateur, les spectres en bandes

fines des sons M et M' égalisés en niveau de pression (en dB(A)). Ceux-ci sont représentés en figure 3.22 pour la configuration (S, R1 , M, hS =1,5 m). Pour le cas hS =3 m (non représenté), les observations sont tout à fait similaires.

Pour le bruit rose, si les spectres sont très proches jusqu'à 400 Hz, en revanche, de légers écarts apparaissent vers 450 Hz, et de gros é

115


100

arts spectraux observés entre M et M' correspondent eff

0 Hz, vers 2500 Hz. Ces écarts peuvent s'expliquer par la comparaison des spectres bandes fines et 1/3 octave du son R1, à partir duquel M' est construit (cf. figure 3.23). Sur cette figure, il apparaît clairement que des atténuations mesurées en 1/3 octave ne peuvent pas rendre compte des phénomènes d'interférences de largeur inférieure à un tiers d'octave : ceci est particulièrement visible en hautes fréquences, pour f > 1 kHz, où les creux d'interférences sont de largeur très inférieure à la largeur de la bande 1/3 octave.

L'utilisation d'une résolution 1/3 octave conduit donc à un problème de reproduction des hautes fréquences. Sur la figure 3.22 (à gauche), les éc

ectivement aux écarts en R1 entre spectre bandes fines et 1/3 octave de la figure 3.23. Pour le cas du bruit de transformateur (figure 3.22, à droite), nous retrouvons ces écarts dans les mêmes zones fréquentielles (autour de 1000 Hz, 2500 Hz, etc.).

Figure 3.22. Spectres bandes fines des sons M et M' (voie gauche), configuration (S, R1, M, hS =1,5 m).

Bruit rose (à gauche), bruit de transformateur (à droite)Les spectres sont tracés par la méthode du périodogramme de Welch32, overlap 50%, résolution 10 Hz.

.

Figure 3.23. Spectre bandes fines et 1/3 octave de la voie gauche du son enregistré en ORTF au point R1

pour hS =1,5 m. En hautes fréquences (f>1 kHz), les creux d’interférences observés en bandes fines ne sont pas bien représentés en 1/3 octave car la largeur de bande est supéri ure à la largeur des creux.

e

32 La méthode de Welch (décrite dans [Zolesio 2001]) consiste à estimer un périodogramme moyenné (les composantes de Fourier) par transformée de Fourier discrète, en divisant le signal temporel en segments de longueur arbitraire, se recouvrant ou non (selon l'overlap). Chacun d’eux se voit appliquer une fenêtre, ici une fenêtre de Hanning.

116


La comparaison de M et M' montre ici clairement une limitation de notre méthode de filtrage n prendre en compte les creux d'interférences dû à l'environnement de la source, dans le cas où

à bieceux-ci sont de largeur inférieure au tiers d'octave. C'est ici le cas pour la source utilisée, de faibles dim

paraison des spectres bandes fines, tous les sons ont été égalisés à 65 différences entre

sons pour chaque configuration (S, R, M). Les spectres correspondants sont représentés en figures 3.2

Si f < 4000 Hz, les spectres des sons ii et i* sont les plus proches du spectre de M' pour la , M). Les sons ee, ei et e* sont ici relativement éloignés de M' entre 200 Hz et réquences supérieures à 4000 Hz, les sons ii et i* sont plus éloignés de M' que

les

servations faites sur les gabarits 1/3 octave : nous avions vu (cf. tableau 3.16) que les paramétrages ii et i* donnaient les écarts les plus faibles en basses et moyennes fré

nfiguration (S, R1, M), si les sons ii et i* semblent les plus proches de M' jusqu'à 1000 oins adaptés que dans le cas du bruit rose entre 1000 et 2000 Hz. paraître le filtre ii comme le plus ressemblant au filtre mesuré.

Le

Cette comparaison des spectres pour le bruit de transformateur vient donc nuancer les observations effectuées dans le cas du bruit rose.

ensions. En revanche, les sources de la sonothèque (cf. chapitre 2) sont majoritairement des sources étendues, et leur spectre bandes fines en R ne présente pas de creux d'interférences de largeur "trop faible" ; pour ces sources, un meilleur rendu est attendu, notamment en hautes fréquences. Ceci n'a cependant pas été vérifié, faute de temps pour effectuer un deuxième cas-test.

3.5.4. Comparaison des sons M', ii, ie, ei, ee, i* et e* égalisés en LAeq

Pour effectuer la comdB(A). Nous allons examiner, pour le bruit rose et le bruit de transformateur, les

4 et 3.25, ci-après. Il n'est pas nécessaire d'examiner les phases puisque le filtrage est à phase linéaire (cf. Annexe E) : pour chaque série, les phases des sons filtrés sont donc identiques à la phase du son de départ, à la pente de l'excès de phase près. Cas du bruit rose

configuration (S, R1

1000 Hz. Pour des f autres paramétrages. Les tendances sont similaires pour la configuration (S, R2, M). En

revanche, il apparaît difficile de départager les types de filtres à l'observation des spectres de la configuration (S, R3, M) : la présence de la paroi derrière la source provoque des modifications spectrales importantes. Néanmoins, entre 200 et 1000 Hz, les filtres ei, ii et i* semblent plus adaptés que les 3 autres.

Les paramétrages ii et i* sembleraient donc les plus adaptés dans le cas du bruit rose. Ceci permet de préciser les ob

quences, et des écarts importants en hautes fréquences. A l'observation des spectres bandes fines, les écarts en hautes fréquences semblent moins cruciaux que les écarts en moyennes fréquences.

Cas du bruit de transformateur

our la coPHz, ils apparaissent en revanche mLa configuration (S, R , M) fait ap2

s courbes relatives à la configuration (S, R3, M) sont plus difficilement interprétables, en raison de la présence de nombreux pics et creux dus à l'effet de la paroi derrière la source. En hautes fréquences, la dispersion des spectres est plus importante que pour les configurations précédentes.

117


Figure 3.24. Spectres des sons M', ee, ei, ii, ie, i*, e* (voie gauche). Cas du bruit rose. 1e ligne : configurations (S, R1, M) ; 2e ligne : configurations (S, R2, M) ; 3e ligne : configurations (S, R3, M).

Colonne de gauche : hS = 1,5 m ; colonne de droite : hS = 3 m. Les spectres sont tracés par la méthode du périodogramme de Welch, overlap 50%, résolution 10 Hz.

118


Figure 3.25. Spectres des sons M', ee, ei, ii, ie, i*, e* (voie gauche). Cas du bruit de transformateur. 1e ligne : c S, R3, M).

onfigurations (S, R1, M) ; 2e ligne : configurations (S, R2, M) ; 3e ligne : configurations (Colonne de gauche : hS = 1,5 m ; colonne de droite : hS = 3 m.

Les spectres sont tracés par la méthode du périodogramme de Welch, overlap 50%, résolution 10 Hz.

119


3.5.5. Synthèse

'étude de la robustesse des gabarits et leur comparaison aux données 1/3 octave mesurées a permis le choix des valeurs des paramètres h1 et σ, et la sélection de 6 paramétrages Tympan. Le caractère "peu robuste" des paramétrages ii, ie et i* n'apparaît pas comme un point critique, car les valeurs de σ retenues permettent de bien représenter la courbe moyenne, dont le gabarit est satisfaisant.

La comparaison des sons construits à partir de ces paramétrages aux sons M' issus des mesures, nous a permis d'établir les points suivants :

- en termes de niveau de pression obtenu, les paramétrages ee, i* et e* sont les plus satisfaisants. En utilisant le même principe de filtrage, l'écart calculs / mesures est légèrement plus élevé dans le cas du bruit de transformateur que dans le cas du bruit rose ;

- en termes de spectre, les paramétrages ii et i* semblent les plus adaptés pour un certain nombre de configurations, surtout en basses et moyennes fréquences ; néanmoins, une comparaison perceptive des sons est nécessaire pour confirmer cette observation, et permettre un choix définitif pour toutes les configurations testées.

4. Comparaison perceptive des sons obtenus

La comparaison physique des paramétrages de calcul Tympan ne menant pas à des conclusions univoques, il apparaît nécessaire de la compléter par une comparaison perceptive. Celle-ci est effectuée pour les 6 configurations (S, R, M) détaillées dans la section 3. Les différents sons sont issus d’enregistrements au point M ainsi qu’aux points R1, R2, et R3 (cf. figure 3.17).

Cette étape de comparaison perceptive nous permettra de choisir un paramétrage optimal pour la création de stimuli représentatifs d'une source à 100 m de celle-ci, pour la situation de propagation étudiée (propagation en conditions favorables au-dessus d'un sol herbeux plan).

4.1. Objectifs

Cette étape de comparaison perceptive doit répondre à deux objectifs : -

en R1 et filtré les atténuations 1/3

- mais aussi, juger de la ressemblance entre le filtre mesuré et les filtres calculés par Tympan,

L

juger de la validité de notre méthode de filtrage utilisant des données 1/3 octave. Ceci s’effectue en comparant le son enregistré en M au son M', correspondant au son enregistré

par le filtre "mesuré" (i.e. dont le gain est défini par octave mesurées sur site) ;

une fois l'influence du niveau de pression acoustique supprimée. Cet objectif complète

120


l’étude de la section 3, qui a comparé les spectres des sons issus de ces filtres. Pour ce faire,

4.2.1.

herchons à juger de la ressemblance entre un son et le son ’en la co

outyp eséries d

4.2.2. Suppression de l'influence du niveau de pression acoustique

fin de gommer l’influence du niveau de pression sur le jugement de ressemblance, les sons sont égalisés à 65 dB(A) (égalisation identique à celle effectuée pour l'étape de comparaison des spectres, cf. section 3.5.4). Pour savoir si cette égalisation est suffisante, nous avons tout d’abord

33

). audible pour un bruit à large spectre (qui est de 0,5 dB à 1 dB pour la plupart des bruits à large spectre entre 40 et 70

le son M' est comparé aux sons ii, ie, ei, ee, e* et i*.

4.2. Stimuli

Séries de sons résultantes

Pour les deux objectifs de ce test, nous c M . Les deux aspects de l’étude peuvent donc être réunis en un unique test d’écoute, consistant

mparaison d’un groupe de sons au son M’.

s construisons ainsi une série de stimuli par configuration (S, R, M) (6 différentes) et paN r e d bruit (bruit rose ou bruit de transformateur). Le test d’écoute sera donc constitué de 12

e sons. Seules 4 séries relatives à la configuration (S, R1, M) contiennent le son M.

A

calculé la sonie des sons diffusés , à l'aide du logiciel Pak (© Mueller BBM) (cf. tableaux 3.20 et 3.21 Les écarts relatifs de sonie sont de l’ordre de la différence de niveau juste

dB, soit un écart relatif de 7% en sonie [Zwicker 1999]).

Tableau 3.20. Sonie absolue (voie gauche), en sones, des sons des différentes séries.

Sonie Bruit M' voie gauche émis (ref) ee ei e* ie ii i* M

série 1 rose 19,1 18,5 19,4 19,9 18,5 18,8 19,5 19,1 série 2 rose 19,3 18,5 19,6 19,5 19,0 19,8 19,8 19,3 série 3 rose 19,0 18,6 19,3 20,0 18,5 18,8 19,6 - série 4 rose 19,0 18,6 18,6 18,4 19,1 19,0 18,9 - série 5 rose 19,3 19,2 19,4 20,2 18,6 18,8 19,5 - série 6 rose 18,9 18,5 19,3 19,0 18,8 19,4 19,3 - série 7 transfo 15,4 16,0 16,4 16,6 15,3 15,2 15,4 15,4 série 8 transfo 17,0 16,4 17,6 17,8 15,9 16,0 16,6 17,0 série 9 transfo 15,3 15,8 15,6 16,1 15,3 15,0 15,4 -

série 10 transfo 17,0 17,7 18,0 18,3 16,9 16,9 17,3 - série 11 transfo 17,0 17,2 17,4 17,9 16,1 16,4 16,7 - série 12 transfo 17,2 16,1 17,8 17,6 16,1 16,4 16,9 -

33 et non des signaux mesurés dans la salle : l'influence de celle-ci n'est donc pas prise en compte.

121


Tableau 3.21. Sonie absolue (voie droite), en sones, des sons des différentes séries.

Sonie Bruit M' ee ei e* voie droite émis (ref) ie ii i* M

série 1 rose 18,3 17,7 18,6 19,1 17,7 18,1 18,7 18,1 série 2 rose 18,8 18,1 19,2 19,0 18,6 19,3 19,4 18,6 série 3 rose 18,9 18,4 19,2 19,8 18,4 18,7 19,5 - série 4 rose 18,8 18,4 18,4 18,2 19,0 18,9 18,8 - série 5 rose 18,6 18,5 18,7 19,4 17,9 18,1 18,7 - série 6 rose 18,7 18,3 19,1 18,8 18,5 19,2 19,1 - série 7 transfo 14,8 15,4 15,8 16,0 14,6 14,5 14,8 14,6 série 8 transfo 16,1 15,7 16,9 17,1 15,2 15,2 15,7 15,9 série 9 transfo 15,4 15,7 15,8 16,2 15,1 15,1 15,3 -

série 10 transfo 16,8 17,7 17,9 18,2 16,9 16,7 17,2 - série 11 transfo 16,8 17,1 17,1 17,6 16,0 16,2 16,5 - série 12 transfo 17,5 16,4 18,1 17,9 16,5 16,8 17,3

Néanmoins, les sons correspondant au bruit de transformateur présentant des tonalités on précédente est

de sons pré

4.3. Instrumentation

Les stim ores di s s auts rleu ans e sa d’écoute insonorisée, de dimensio 5 3 fond dans la salle est inférieur à 24 dB(A). Les s au on an né stockés sur un ordinateur t , do un n es ée u iè ja L stème de diffusion est constitué :

- d’un on C ve S l x ; - d’un cat e X D- de de in o te 0 de nt d 0- H

La carte son et l’a t on s ib tiq ia u ue) in d’éviter toute pollut rom am a ffe la rs um e / logique.

Pendant le test, le sujet est assis à un em m ep ar ma au l, à égale distance des haut-parleurs. Le déroulement du test est automatisé au moyen d’une interface graphique réalisée sous Matlab (© The Mathworks), et affichée sur écran plat devant le sujet.

marquées, ils ne rentrent pas dans la catégorie "bruits à large spectre" : l'observatiinsuffisante. C’est pourquoi nous avons également effectué une écoute de la série

sentant les plus gros écarts de sonie (série 12). Une écoute attentive des sons de la série 12 par deux sujets "experts" nous a amené à considérer que l’égalisation en dB(A) est suffisante.

Remarque : le son M présentait des disparités gauche / droite (de 1 à 2 dB(A)) audibles, dues à d'un léger défaut d’alignement du couple ORTF lors de la mesure. Nous avons réajusté, pour tous les sons M, le niveau de la voie droite. Les tableaux précédents indiquent les sonies résultantes.

uli son sont ×3,5×

ffusé ur h pa rs d un lle ns L×h×p = ,3 m. Le niveau de bruit de

fichier dio s t éch tillon s à 48 kHz, codés sur 16 bits et ype PC nt l’ ité ce trale t situ dans ne p ce ad cente. e y s

e carte s reati Labs oundB aster E tigy amplifi eur Pion er VS 808R S ; ux ence tes Tann y Sys m 120 (ban passa e à - 3 B : 4 20000 z).

mplifica eur s t relié par f re op ue (l ison n mériq afion élect agnétique ; l’ plific teur e ctue conve ion n ériqu ana

place ent r éré p des rques so

122


Figure 3. e al o lis r l s.

ne mesure du tem de d' e à l'aide du logiciel dBbati (© 01dB) et d'une source omnidirectionnelle (B&K 4296), pour deux positions de

bande de fré

ont faibles, ce qui montre que les mesures autour de la position d'écoute sont homogènes. Le TR est compris entre 0,1 et 0,3 pour les bandes supérieures à 125 Hz ; il présente en revanche des valeurs

r les bandes 100 Hz et 125 Hz. Si l'on rapproche, à titre indicatif, ces andées par l'IEC [IEC 1998] pour l'écoute de hauts-parleurs en

con

26. Vu de la s le d’éc ute uti ée pou es test

U ps de réverbération (TR) par bandes tiers octav a été effectuée

sources proches de celle de chacun des hauts parleurs, et quatre points de mesure répartis pour former un parallélépipède autour de la position d'écoute (soit 8 mesures). La procédure de mesurage est conforme à la norme NF EN ISO 3382 [AFNOR 2000] ; l'écart minimal entre deux positions de microphones est de 1,3 m, permettant le calcul du TR pour les fréquences supérieures à 125 Hz34. Nous avons décidé de représenter (à titre indicatif) le calcul du TR pour la

quence centrale 100 Hz, ce afin de couvrir la gamme 100 Hz – 5000 Hz recommandée par la norme.

Le TR moyen et l'écart type associé sont représentés en figure 3.27. Les écarts-types s

comprises entre 0,3 et 0,6 pouvaleurs des valeurs recomm

figuration stéréophonique dans des salles de superficie comparable à notre salle d'écoute, les valeurs mesurées restent toujours inférieures aux maxima préconisés.

Figure 3.27. TR moyen (barres) et écart type associé (segments) de la salle d'écoute.

34 Selon la norme, les positions de microphones doivent être écartées d'au moins une demi-longeur d'onde.

123


4.4. Protocole expérimental

Le test met en oeuvre la comparaison d’un ensemble de sons à une référence [Bonnet 1986]. Le gement s’effectue par présentations de paires de sons successives, chacune d’entre elles

conju

tenant le son M’ de référence.

L’échelle utilisée est une échelle continue, graduée par 5 attributs verbaux : "identiques", "assez ressemblants", "moyennement ressemblants", "peu ressemblants" et "pas du tout ressemblants", choisis d’après [Bonnet 1986]. Ce type d’échelle a déjà utilisé dans la littérature (cf. l’étude comparative de plusieurs méthodes de test effectuée par Parizet et al. [Parizet 2005]). Cette échelle présente le double avantage de pouvoir être considérée comme métrique, et de présenter des repères intermédiaires censés faciliter l’utilisation de la dynamique d’échelle.

Figure 3.28. Interface pour le jugement relatif à une paire de sons.

Le test est organisé en deux sections, l’une relative au bruit rose, l’autre au bruit de

transformate nt aux 6 configurations (S, R, M) possibles. L’

jet comme sur la figure 3.28. L’ordre de présentation A/B ns est de 3 s, et le sujet peut écouter chaque son autant de

foi

ur. Chaque section est composée de 6 séries de paires de sons, correspondaordre de présentation des sections et des séries est aléatoire.

Une paire de sons est présentée au sud’une paire est aléatoire. La durée des so

s qu’il le veut. Dans chaque série, une paire est répétée ; cette paire est la même pour tous les sujets, et sa présentation s'effectue toujours dans le même ordre A/B. L’emplacement de la paire répétée dans la série est aléatoire.

Les instructions suivantes ont été données aux sujets : "Vous allez entendre différentes paires de sons. Pour chaque paire, vous devez juger de la ressemblance entre les deux sons." L’échelle de jugement est présentée comme une échelle continue, graduée de repères allant de "identiques" à

124


"pas du tout ressemblants". Il est conseillé aux sujets d’utiliser toute la dynamique d’échelle. Les sujets n’ont pas été informés quant à la nature de la source de bruit.

En fin de test, les informations suivantes sont demandées au sujet sous forme de questionnaire : ifficulté du test (facile / difficile), durée du test (convenable / trop longue), trd

noubles auditifs (oui /

on, si oui lesquels).

4.5. Participants

ntrale

à elle, présente les caractéristiques suivantes : elle n’est pas influencée par des observations aberrantes, ce qui lui donne un avantage sur la moyenne arithmétique, si la série comporte effectivement des observations aberrantes ;

r de la valeur centrale d’une distribution.

tribution).

imensionnel (MultidiDimensional Scaling, ou MDS) permettent une représentation spatiale d'un ensemble d'objets (décrit uniquement par les distances ou dissimilarités inter-objets) dans un espace euclidien d'un nombre de dimensions fixé au départ.

31 sujets (26 hommes et 5 femmes, tous membres d’EDF R&D), âgés de 22 à 55 ans, ont participé au test.

4.6. Outils statistiques utilisés pour l'analyse

4.6.1. Mesure de tendance ce

Si la distribution des réponses des sujets ne présente qu'un mode35, il est alors pratique de la représenter par une mesure de la tendance centrale (par exemple, la moyenne ou la médiane) et par une mesure de dispersion associée.

Selon Dodge [Dodge 2004], la moyenne arithmétique présente les caractéristiques suivantes : - elle dépend de la valeur de toutes les observations ; - c’est un estimateur de la moyenne de la population ; - sa valeur peut être faussée par des observations aberrantes.

La médiane, quant-

- c’est un estimateu

La mesure de dispersion associée à la moyenne est l'écart type, tandis que la mesure de dispersion associée à la médiane est l'intervalle interquartile (formé par les premiers et troisièmes

uartiles d'une disq

4.6.2. Méthode d'échelonnement multidimensionnel (MDS)

Les méthodes d'échelonnement multid

35 Le mode d'un ensemble d'observations est une valeur dont la fréquence est supérieure ou égale aux fréquences des valeurs adjacentes [Dodge 2004].

125


Ce

]) et les distances reproduites dans l’espace.

ta [Sa r d’échelonnement multidimensionnel du log e èle non métrique de Guttman-Lingoes [St o

4.6.3.

u plusieurs facteurs (variables ind

e coefficient de Fisher (F) représentant l'effet d'un facteur est associé à un seuil de significativité p, représentant la probabilité de se tromper si l'on suppose le résultat comme étant vrai. Le seuil de significativité usuellement retenu est de 5%.

re d'ouvrages (par exemple, [D

ets mène à choisir une mesure de tendance centrale et de dispersion associée, adaptée à des distributions non symétriques. Nous représenterons donc les résultats à l'aide de la

istance entre les sujets : une analyse d’échelonnement multidimensionnel (MDS) permet alors d’obtenir les coordonnées des sujets dans un espace de dimension fixée par l'analyse.

s techniques utilisent un algorithme de minimisation de fonction36 qui évalue différentes configurations pour maximiser la qualité de l’ajustement entre les données inter-objets initiales (définies dans une matrice carrée [D

Les fondements théoriques de l'analyse MDS sont décrits en détails dans l'ouvrage de Saporpo ta 1990]. En pratique, nous avons utilisé le module ici l Statistica (© Statsoft) : celui-ci est basé sur le modats ft 1997].

Analyse de variance (ANOVA)

L'analyse de variance permet de tester si l'influence d'un oépendantes) sur une variable métrique (dépendante) est significative ou, au contraire, due au

hasard. L'analyse examine l'influence des facteurs proposés sur la variance de la variable dépendante.

L

La méthode d'analyse de variance est décrite en détails dans nombodge 2004]). Pour la mettre en œuvre, nous avons utilisé le module ANOVA du logiciel

Statistica (© Statsoft).

4.7. Résultats

Le test a été jugé facile par 66 % des sujets, et de durée convenable par 86 % des sujets. La durée moyenne du test était d’environ 30 minutes.

Concernant le choix d’une représentation statistique, l'observation de la distribution des réponses des suj

médiane et de l'intervalle interquartile.

4.7.1. Espace des sujets

La méthode retenue, inspirée des travaux de Faure [Faure 2003], consiste à construire une matrice de d

36Dans Statistica, la fonction à minimiser ou contrainte brute Phi d’une configuration se définit comme

où δ(k,l) représente les distances reproduites, et f est une transformation monotone non métrique des données d’entrée D(k,l) [Statsoft 1997].

[ ]∑ −= 2)),((),( lkDflkPhi δ

126


Soit N le nombre de sujets. A partir des réponses rk,p=1..P d’un sujet k pour les P paires présentées, il est possible de construire une matrice de distance D, de dimension NxN, en calculant une distance D(k,l) entre deux sujets k et l. Faure [Faure 2003] propose la formule suivante :

∑ =−=

P

p plpk rrlkD1 ,, )²(),( (3.15)

Afin de faciliter l’interprétation des distances inter-sujets, nous avons introduit dans l’analyse 20 sujets "fictifs" dont les réponses sont aléatoires. Ceci permet d’identifier des sujets dont les réponses se rapprochent de réponses aléatoires. Une représentation sur un espace en deux

éjà d'identifier si certains sujets se rapprochent des sujets "fictifs". Il faut est pas de faire une étude complète de la dimensionnalité de la matrice D,

ni

nnée en figure 3.29. Les sujets sont regroupés en

ous allons utiliser un critère numérique (l’écart médian des réponses de chaque sujet) afin de qui sont à la fois éloignés du noyau central sur

nt un écart médian important (figure 3.30), nous chercherons des rai

dimensions permet dpréciser ici que le but n'

d'expliquer les différentes dimensions de l'espace.

La représentation de l’espace 2D résultant est doun noyau central, et les réponses aléatoires à la périphérie ; on observe également quelques

sujets éloignés du noyau (sujets 1, 3, 4, 5, 9, 14, 31), dont la distance au noyau se rapproche de celle d’une réponse aléatoire. Ceci indique une possible incohérence des réponses de ces sujets par rapport à celles du groupe.

Nconforter cette observation visuelle. Pour les sujetsla figure 3.29, et qui présente

sons possibles pour expliquer leurs réponses "éloignées", avant de décider de les écarter de l'analyse des résultats.

Figure 3.29. Espace 2D de l’ensemble constitué par les 31 sujets ayant participé au test (numérotés

de 1 à 31) et 20 sujets fictifs (notés AL) dont les réponses sont aléatoires.

127


Ecart médian des sujets Afin de repérer les sujets dont les réponses sont très écartées de la médiane des réponses (ceci

permettant par exemple de signaler si un sujet a utilisé l’échelle à l’envers), nous calculons l’écart mé ian relatif à un sujet. Cet écart médian Emed caractérise, pour chaque sujet k, l’écart entre les réponses rk,p=1..P du sujet et la médiane medp des réponses pour la paire p :

d

∑=

6)

Ces écarts médians sont représentés en figure 3.30. Tous les sujets relevés sur l'espace 2D des ujets (1, 3, 5, 9, 14, 31) présentent un écart médian parmi les plus importants de l'ensemble des

Nous allons, pour ces sujets, chercher des raisons possibles de leurs réponses "éloignées".

−=P

pppkmed medr

PkE

1,

1)( (3.1

ssujets (supérieur à 0,18).

Notons que d'autres sujets présentent également un écart médian important (sujets 2, 17, 21, 24, 30, écart supérieur à 0,16) mais n'apparaissent pas comme "suspects" sur la figure 3.29 : nous avons décidé de les conserver dans le panel d'auditeurs.

0 5 10 15 20 25 30 350.08 0.1

0.12 0.14 0.16 0.18 0.2

0.22 0.24 0.26

Sujet

ar

Figure 3.30. Ecart médian pour chaque sujet.

Raisons possibles des réponses "éloignées" Mauvaise audition

t méd

ian

Ec

Les sujets 1et 3 ont reporté des problèmes d’audition (pertes auditives à une oreille). Ceci peut

expliquer les écarts observés dans leurs réponses.

Dynamique d’échelle non utilisée Tous les sujets ont utilisé toute la dynamique de l’échelle de jugement, à l’exception du sujet 14

(dynamique inférieure à 68% de l’échelle).

épétabilité du jugementR même pour tous les sujets) dans chaque série du test

ent. La position de cette paire dans la série Nous avions introduit une paire répétée (la

afin de juger de la répétabilité des sujets dans leur jugem

128


était aléatoire. Pour un sujet k, nous obtenons un ensemble de 12 valeurs ck égales à la différence ent

moyenne et l’écart type des ck pour chacun des sujets. Sur la figure 3.31, le sujet 31 apparaît nettement moins répétable que le reste du groupe.

re les 2 jugements du sujet relatifs aux douze paires répétées. Pour chacun des bruits (bruit rose, bruit de transformateur), nous avons représenté la

0 5 10 15 20 25 30 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Sujet

ées

ires

répé

tE

cart

pour

deu

x pa

Bruit rosetransformateur

Figure 3.31. Ecart moyen de jugement pour deux paires identiques, par sujet.

Concernant les sujets 4, 5 et 9, nous n’avons pas trouvé de raison possible à "l’éloignement" de

leurs réponses. Pour limiter le nombre de personnes à "éliminer" du test, un résultat est généré avec et sans les réponses de ces 3 sujets. Leur inclusion dans le panel provoque une augmentation visible de la dispersion pour certaines paires. Nous choisirons donc de les écarter.

Les sujets 21 et 30, précédemment repérés comme ayant un écart médian similaire à celui des sujets 5 et 14, ne provoquent pas d'augmentation sensible de la dispersion ; ils sont donc conservés.

En conclusion, les résultats seront présentés relativement à 24 sujets, les sujets 1, 3, 4, 5, 9, 14 et 31 ayant été écartés.

4.7

médiane proche. Nous all

.2. Résultats : ressemblance des sons M et M'

Les figures 3.32 à 3.34 présentent les notes médianes37 et l’écart interquartile associé pour chacune des séries du test. Sur ces graphes, les écarts inter quartiles sont relativement larges pour certaines paires, rendant difficile la comparaison pour deux filtres de valeur

ons analyser chaque série de sons successivement.

37 On désignera par « note » la valeur qu’attribué un sujet à une paire de sons sur l’échelle de ressemblance. Ce note peut continûment varier entre 0 (sons très ressemblants) et 1 (sons pas du tout ressemblants). La note médiane pour une paire de sons est donc la médiane des valeurs attribuées par les sujets à cette paire.

tte

129


M' ii i* ei ie ee e* Midentiques

assez ressemblants


assez ressemblants

moyennement ressemblants

peu ressemblants

pas du tout ressemblantsConfiguration R1 hS=1,5 m


peu ressemblants

pas du tout re


ssemblantsConfiguration R1 hS=3 m


Figure 3.32. Résultats pour la configuration (S,R1,M). Série 1 (hS =1,5 m, bruit rose) et 7 (hS =1,5 m, bruit de transformateur) à gauche. Série 2 (hS =3 m, bruit rose) et 8 (hS =3 m, bruit de transformateur) à droite.


assez ressemblants


assez ressemblants


peu ressemblants




peu ressemblants

pas du tout ressemblantsConfiguration R2 hS=3 m




assez ressemblants


assez ressemblants


peu ressemblants




peu ressemblants

pas du tout ressemblantsConfiguration R3 hS=3 m



130


Pour chaque série où un son M était présent, celui-ci a été noté comme un des moins ressemblants, voire le moins ressemblant à M’ (cf. figure 3.32). Ce résultat peut s’expliquer par deux points :

- tout d’abord, parce que dans une série, le son M était le seul son non issu de l’enregistrement en R (contrairement à tous les autres sons du test d’écoute) ;

- ensuite, par les observations faites sur les spectres de ces sons (cf. section 3.5.3) : le spectre de M’ présente en effet des figures d’interférences en hautes fréquences présentes dans le spectre du son enregistré en R, mais pas dans le spectre du son M. Ceci est à interpréter comme une faiblesse du filtrage à bien représenter Ai(S,R) : les atténuations mesurées en 1/3 octave sur site ne permettent pas de prendre en compte des phénomènes de résolution fréquentielle plus fine.

m andes fines en R ne présentent pas de figures d’interférences de résolution plus fine que le 1/3

oct

4.7.3.

schacunque l’ele bruit

Pour les configurations issues de R1 et R2, il est difficile de savoir si les différences observées entre les filtres sont statistiquem

ment peu tant que n est grand : le théorème central limite stipule dans ce cas que la distribution d’échantillonnage de la moyenne suit approximativement une loi normale,

s variables38.

3 , ce

Pour les sources de la sonothèque utilisées dans la suite de nos travaux (application de la éthode de filtrage aux enregistrements de la sonothèque pour la création de stimuli), les spectres

bave. Un meilleur rendu est attendu pour ces sources que pour la source utilisée dans notre cas-

test.

Résultats : filtre optimal

Le configurations issues de R3 (figure 3.34) ne sont pas discriminantes : les notes médianes de des filtres sont regroupées une même partie de l’échelle. Nous pouvons cependant observer nsemble des filtres a été mieux noté pour hS = 1,5 m que pour hS = 3 m, et mieux noté pour rose que pour le bruit de transformateur, confirmant les observations faites en section 3.5.

ent significatives. Afin de s’en assurer, nous avons recours à une analyse de variance à un facteur (type de filtre, 6 niveaux) des données brutes. Précisons que pour l'analyse de variance, ce sont les moyennes et l'écart type des notes qui sont utilisés, et non plus les médianes et quartiles. Ce type d’analyse supposant des distributions normales, il faut vérifier que son utilisation est possible dans notre cas. Selon [Dodge 2004], la forme de la distribution importe finale

indépendamment de la distribution de

Dans notre cas où la dispersion des réponses est forte, il importe également de vérifier l’hypothèse d’homogénéité des variances : une ou deux observations extrêmes peuvent biaiser la moyenne et augmenter sensiblement la variance : l’ANOVA identifie alors des effets significatifs qui ne le sont pas en réalité. Pour détecter ce cas, nous avons utilisé le test de corrélation des moyennes et des variances [Statsoft 1997]. Pour les séries 5, 6, 11 et 12 (configuration (S,R ,M))

critère empêche l’analyse. En revanche, l’analyse est valide pour les séries 1 à 4 et 7 à 10.

38 n = 24 peut être considéré comme suffisamment grand. Pour n = 30, la distribution d’échantillonnage de la

moyenne est presque parfaitement normale [Dodge 2004].

131


Série 1 : configuration (S, R1, M, hS=1,5 m, bruit rose) Les résultats de l’ANOVA sont représentés en figure 3.35. Selon le seuil de signification p

associé au coefficient de Fisher F, la différence entre les notes moyennes des filtres ii, ei et i* ne sont pas statistiquement significatives. En revanche, l’écart entre ii et ie est significatif (F(

ur les groupes (ii, ei) et (i*, ee, ie, e*) (F(1,138)=10,9 ; p<0,002).

1,138)=6,43 ; p<0,02). L’écart entre ei et e* est significatif (F(1,138)=4,97 ; p<0,03) mais pas celui entre ei et ee.

Peu de filtres sont donc significativement différents : il est néanmoins possible de former des groupes de filtres, en testant la significativité des écarts entre les moyennes relatives à des groupes de sons (par ANOVA). Pour la série 1, l'analyse montre que l’effet d’appartenance au groupe (ii, ei, i*) ou au groupe (ee, ie, e*) est significatif (F(1,138)=5,45 ; p<0,002). Il en est de même po

Figure 3.35. Résultats de l'ANOVA (moyenne et intervalle de confiance à 95%) pour la série de sons 1.

Série 2 : configuration (S, R , M, h =3 m, bruit rose)

ltres ii, ei et i* n’est pas statistiquement significative. En revanche, l’écart entre ii et ie est t ee également (F(1,138)=5,83 ; p<0,02).

L’a

1 S

La courbe obtenue est représentée en figure 3.36. La différence entre les notes moyennes des fisignificatif (F(1,138)=5,47 ; p<0,02). L’écart entre ei e

nalyse montre par ailleurs que l’effet d’appartenance au groupe (ii, ei, i*) ou au groupe (ee, ie, e*) est significatif (F(1,138)=13,87 ; p<0,0003). Il en est de même pour les groupes (ii, ei) et (i*, ee, ie, e*) (F(1,138)=13,7 ; p<0,0004).


132


Série 3 : configuration (S, R2, M, hS=1,5 m, bruit rose) La courbe obtenue est représentée en figure 3.37. Les deux filtres ii et ei sont significativement

mieux notés que les 4 autres (écart entre ei et i* significatif avec F(1,138)=21,87 ; p<0,0001). Il n’apparaît pas d’écart significatif entre ii et ei. On peut former deux groupes de filtres : ii et ei d’une part, les 4 restants d’autre part.


2 S

La courbe obtenue est représentée en figure 3.38. Les deux filtres ii et i* sont significativement gnificatif avec F(1,138)=6,9 ; p<0,01). Il

n’a

Série 4 : configuration (S, R , M, h =3 m, bruit rose)

mieux notés que les 3 derniers (écart entre i* et ei sipparaît pas d’écart significatif entre ii et i*. On peut former deux groupes de filtres : ii et i*

d’une part, les 4 restants d’autre part.


Série 7 : configuration (S, R1, M, hS=1,5 m, bruit de transformateur) es résultats sont représentés en figure 3.39. Les deux filtres ii et i* sont les mieux notés, leur

,138)=6,08 ; p<0,02). Il n’apparaît pas d’écart significatif entre i* et ie.

Lécart n’est pas significatif. L’écart entre ii et ie est significatif (F(1

133


L’effet d’appartenance au groupe (ii, i*) ou (ei, ee, e*, ie) est significatif (F(1,138)=11,4 ; p<0,001).


Série 8 : configuration (S, R1, M, hS=3 m, bruit de transformateur) La courbe obtenue est représentée en figure 3.40. Les deux filtres ii et i* sont significativement

mieux notés que les 4 autres (écart entre i* et ei significatif avec F(1,138)=6,12 ; p<0,02). Il n’apparaît pas d’écart entre ii et i*. (ii, i*) et (ei, ee, e*, ie) sont différents (F(1,138)=49,0 ; p<0,0001).


Série 9 : configuration (S, R2, M, hS=1,5 m, bruit de transformateur) La courbe obtenue est représentée en figure 3.41. Les deux filtres ii et ei sont significativement

m Il ’apparaît pas d’écart entre ii et ei. On peut former les deux groupes (ii, ei) et (i*, ee, e*, ie), ignificativement différents.

ieux notés que les 4 autres (écart entre ii et i* significatif avec F(1,138)=20 ; p<0,0001). ns

134



SLa courbe obtenue est représentée en figure 3.42. Les deux filtres ii et i* sont significativement

ieux notés que les 3 filtres les moins bien notés ; en revanche, i* et ie ne sont pas ent différents. Il n’apparaît pas d’écart entre ii et ei. On peut former deux groupes

(ii,

érie 10 : configuration (S, R2, M, hS=3 m, bruit de transformateur)

msignificativem

i*) et (ie, ei, e*, ie), significativement différents (F(1,138)=48,6 ; p<0,0001).


Conclusion La constitution du groupe des sons "les mieux notés" varie en fonction de la série : le tableau

3.22 récapitule les différents cas relevés.

Tableau 3.22. Groupes des sons significativement les mieux notés selon les séries.

bruit rose bruit de transformateur (S,R1,M, hS=1,5 m) ii ei (i*) série 1 ii i* série 7 (S,R1,M, hS=3 m) ii ei (i*) série 2 ii i* série 8 (S,R2,M, hS=1,5 m) ii ei série 3 ii ei série 9 (S,R2,M, hS=3 m) ii i* série 4 ii i* série 10

135


Pour des sons de même LAeq, ce tableau donne un résultat fort : le filtre ii apparaît dans chacun des groupes, et est le seul à apparaître dans chacun des groupes. Ceci vient confirmer les

ations des figures 3.32 et 3.33, sur lesquelles le son ii apparaît systématiquement parmi les ssemblants au son M'

observplus re . Le filtre ii est donc le filtre le plus adapté du point de vue perceptif, par i l r : ei (plutôt pour le bruit ros edeux findépe s les cas. Mis à part le filtre ii, il est donc très difficile de ret r

PouIl e t d t ns

m es filtres testés. Après le filtre ii, deux filtres semblent se démarquee) t i* (majoritairement pour le bruit de transformateur). Cependant, une analyse ANOVA à

acteurs (type de filtre, type de bruit) montre que le type de bruit n’a pas d’effet ndamment du type de filtre pour tou

eni un deuxième type de filtre de manière "globale".

r les séries de sons 5, 6, 10 et 11 (cf. figure 3.34), le filtre ii apparaît également satisfaisant. onc souhaitable de retenir le filtre ii, s considéré comme "bon" pour toutes les configura io

analysées. Nous avions vu à la section 1.3.3 que dans le cas d’une source ponctuelle, ce filtre peut présenter des irrégularités hautes fréquences (f > 3 kHz) propres au calcul de Ai(S,M) en interférences. Dans le cas de la sonothèque, ce point n’apparaît pas comme un point bloquant pour la sélection du filtre car :

elles ans la

-

plus importants (cf. tableau 3.16) ; - pour une source étendue (cas général pour les sources de la sonothèque), ces irrégularités

hautes fréquences seront d’amplitude moindre, car le nombre de trajets sommés (et donc de phases différentes) est beaucoup plus important que pour le cas de la source ponctuelle39.

5. Bilan des comparaisons physiques et perceptives

L’étape de comparaison physique (section 3) a permis de dégager les deux points suivants : - en termes de niveau global à 100 m, les filtres i*, e* et ee donnent une bonne approximation

(à 3 dB(A) près) du niveau mesuré au sonomètre. Si l’on doit choisir un paramétrage adapté pour l’estimation du niveau global à d’autres distances, l’utilisation du filtre ee sera préféré

- la majorité des sources industrielles sont plutôt basses ou moyennes fréquences, sipeuvent présenter des raies HF (tonalité marquée la plus aiguë de l’ordre de 1800 Hz dsonothèque), aucune ne présente de spectre bande étroite centré sur une fréquence supérieure à 2 kHz ;

- les hautes fréquences sont fortement atténuées à grande distance ; la zone haute fréquences n’apparaît pas cruciale dans le choix perceptif. Pour preuve, c’est le filtre ii qui est le mieux noté, alors que c’est pourtant lui qui présente les écarts HF les

39 Nous l'avons observé en comparant des calculs Tympan effectués avec des modèles de source ponctuelle et étendue.

136

5. Bilan des comparaisons physiques et perceptives

- car il correspond à un paramétrage de calcul communément utilisé dans les études d’impact menées par EDF40 ;

- en termes de spectre, la comparaison des spectres des sons en M a mis en avant les paramétrages ii et i* : ceux-ci sont les plus adaptés en basses et moyennes fréquences pour la majorité des configurations (S, R, M) examinées. Notons que pour le cas d’une source ponctuelle, le mode ii peut présenter certaines irrégularités pour des fréquences supérieures à 3 kHz, jugées non bloquantes (cf. section 4.7.2).

L’étape de comparaison perceptive (section 4) a permis de juger de la ressemblance entre le son M et le son M', construit à partir des atténuations mesurées sur site. Ces deux sons ont été systématiquement jugés très différents. Deux raisons ont été avancées : premièrement, le son M était, pour toutes les séries de sons, le seul son non issu de l'enregistrement en R. Deuxièmement, la résolution 1/3 octave utilisée pour le filtrage est insuffisante pour représenter les termes d’atténuation présentant des creux d'interférence de largeur inférieure à un tiers d'octave, comme c'est le cas pour les fréquences supérieures à 1 kHz pour la source que nous avons utilisée (source d'une trentaine de cm de diamètre). La méthode de filtrage utilisée est dans ce cas inadaptée. Pour les sources industrielles de la sonothèque (cf. chapitre 2), les spectres bandes fines en R ne présentent pas de figures d’interférences de résolution plus fine que le tiers d'octave. Nous attendons donc un meilleur rendu (i.e. des sons M et M' jugés plus similaires) pour ces sources que pour la source utilisée dans le cas-test. Ceci n'a pas été vérifié en pratique, faute de temps pour effectuer un autre cas-test utilisant une source de type étendue, dont la dimension caractéristique serait de plusieurs mètres.

La comparaison perceptive a également permis de montrer que le gabarit correspondant au paramétrage ii est le plus proche du gabarit issu des mesures in situ. Pour toutes les configurations analysées, celui-ci apparaît systématiquement comme "bon". Il est, de plus, difficile de désigner un "deuxième filtre adapté" après le filtre ii. Pour un cas simple de propagation sans obstacles au-dessus d’un sol herbeux plan sur une distance de 100 m, en conditions favorables (réfraction vers le bas), le paramétrage de calcul optimal est donc le suivant : calcul du niveau de pression en mode énergétique (ee), et calcul du gabarit 1/3 octave associé en interférences (ii).

Il serait intéressant de pouvoir valider les résultats de cette étude pour des distances supérieures à 100 m. Une comparaison avec des atténuations mesurées en conditions favorables disponibles dans la littérature [Parkin 1965], effectuée en section 1.3.3 de ce chapitre, montre que c'est encore l'atténuation calculée en interférences qui présente les variations d'amplitude en basses et moyennes fréquences les plus semblables aux variations des atténuations mesurées, pour des distances de 200, 600 et 1100 m ; la possible utilisation du mode de calcul ii pour des distances supérieures à 100 m nécessiterait en toute rigueur une validation par un test d'écoute. Cependant, la puissance du matériel disponible lors de l'étude ne permettait pas d'effectuer des mesures à des distances supérieures à 100 m sans être confronté à des problèmes de bruit de fond (bruit résiduel).

40 D'après le retour d'expérience de l'équipe acoustique d'EDF R&D, c'est le paramétrage généralement adapté pour des études d'impact en termes de niveau global pour des distances de plusieurs centaines de mètres.

137


6. Conclusion

Nous avons établi une méthodologie de modélisation et proposé des paramétrages de calcul pour obtenir des filtres à appliquer aux différents enregistrements de la sonothèque précédemment constituée.

La section 1 a montré qu’il est possible de représenter un éloignement d’une source industrielle donnée par filtrage d’un enregistrement audio effectué en champ lointain. Le filtre est calculé comme la différence de 2 termes de directivité et de 2 termes d’atténuations. Pour la situation que nous désirons modéliser, nous avons montré qu'il n’est pas nécessaire de prendre en compte les 2 termes de directivité pour le calcul du filtre. Le gain du filtre est donc constitué de la différence de deux atténuations ; nous avons choisi de les calculer à l'aide d'un logiciel basé sur des méthodes simplifiées de type ISO 9613 [ISO 1996], imposant une résolution 1/3 octave.

Afin de calculer ces atténuations, deux types de modèles, applicables à toutes les sources de la sonothèque, ont été proposés : un modèle de source étendue (majorité des cas) et un modèle de type ponctuel pour des sources de type tube rayonnant, de petites dimensions.

Concernant le choix des paramètres de calcul des atténuations, une comparaison physique entre calculs et mesures, pour une unique situation de propagation (sol herbeux plan, distance 100 m) a permis d’identifier 6 paramétrages qui pourraient convenir pour le design des filtres. En termes de ressemblance entre spectre mesuré et spectres résultant d'un filtrage, ou de robustesse du calcul, chacun de ces paramétrages présente des avantages et des inconvénients. L'étude de comparaison physique a également permis de définir une valeur de résistivité associée à chaque type de sol entre la source et le point d’enregistrement : pour les paramétrages faisant intervenir des calculs énergétiques, il s’avère que la valeur de résistivité du sol importe peu. Pour les paramétrages faisant intervenir des calculs en interférences, une valeur "par défaut" pour chaque type de sol a été identifiée comme bonne approximation de la moyenne d’un ensemble de calculs correspondant à différentes résistivités possibles pour ce type de sol.

La comparaison perceptive (section 4) des gabarits de ces filtres a permis de définir un gabarit perceptivement proche du gabarit issu des mesures, pour le cas simple d’une propagation sans obstacles au-dessus d’un sol herbeux plan, et une distance source / récepteur de l’ordre de 100 m. La comparaison perceptive a permis de préciser les résultats de la comparaison physique des différents sons. Cette étape de comparaison a également mis en lumière une possible limitation de la méthode, dans le cas où les spectres d'atténuation présentent des creux de largeur inférieure à la résolution fréquentielle 1/3 octave imposée par le calcul de propagation.

La section 5 conclut quand à la définition du paramétrage optimal pour notre étude : nous soulignerons en particulier l'importance de la prise en compte des interférences entre les différents trajets pour obtenir un meilleur rendu. Les creux spectraux dus à l'effet de sol sont donc perceptivement importants. Enfin, cette section souligne l'intérêt de validations supplémentaires, que nous n'avons pu effectuer dans le cadre de cette thèse.

138

6. Conclusion

Sous les conditions évoquées précédemment, la méthode de filtrage définie dans ce chapitre permet de créer, à partir d’un enregistrement d’une source en un point R, un stimulus représentatif d’un point d’écoute "virtuel" plus éloigné de la source. Pour le cas simple d’une propagation sans obstacles au-dessus d’un sol herbeux plan, il est alors possible de définir un "point d’écoute de comparaison" situé à une même distance de toutes les sources de la sonothèque, et de créer pour ce point les stimuli sonores représentatifs de chacune de ces sources. Pour des cas de propagation plus complexes, incluant par exemple des variations de topographie ou la présence d'écrans, le choix du paramétrage ii, retenu pour notre cas d’étude simple, reste à valider.

139

Chapitre 4 Typologie perceptive des sources

de bruit industriel permanent stable

Ce chapitre présente un test d’écoute mettant en oeuvre des stimuli sonores créés selon la méthode détaillée dans le chapitre précédent. L'expérience effectuée vise à mieux connaître l’impact environnemental des sources de bruit industriel permanent stable, par la création d'une typologie perceptive de ces sources. Pour cela, 30 stimuli sonores sont créés, représentant dif

st effectuée dans le but d'aider à la compréhension de la

tocole du test dans les sections 2 et 3. L’analyse des résultats (par des techniques de classification ascendante hiérarchique) nous permettra finalement de définir une typologie perceptive des sources étudiées (section 4).

Outre le test relatif à la catégorisation, l'expérience a également permis une première évaluation de la nuisance relative des sources étudiées. Les résultats seront présentés en section 5 de ce chapitre.

férentes sources de bruit pour une configuration d'écoute donnée (distance de 250 m des sources, propagation au-dessus d'un sol herbeux plan, en conditions favorables). Lors du test, la principale tâche demandée aux sujets est de former des familles de sons similaires (tâche dite de catégorisation libre), puis de décrire les familles formées (tâche dite de verbalisation libre). Une analyse très simple des verbalisations e

formation des familles.

Après avoir présenté les objectifs dans la section 1, nous détaillerons les outils expérimentaux utilisés et le pro

141

Chapitre 4. Typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent

1. Objectifs

Comme indiqué dans le chapitre 1, pour évaluer l'impact sonore de sources industrielles, quelques pays (la France [AFNOR 1996], l'Australie [EPA' 2000]) basent leurs normes sur une comparaison entre le niveau de pression ambiant (quand la source fonctionne) et le niveau de bruit de fond résiduel (quand la source ne fonctionne pas). Au Royaume-Uni, la norme est basée sur une comparaison entre le niveau du bruit émis par la source et le niveau de bruit résiduel.

Dans certains cas, une simple comparaison des niveaux sonores semble être insuffisante : une étude précédente [Viollon 2004] a montré que pour un niveau d’émergence donné, les jugements de gêne diffèrent selon le type de source. Les caractéristiques des sources doivent donc être prises en compte.

Si les pénalités représentant des caractéristiques acoustiques spécifiques existent (comme le caractère tonal ou impulsif, cf. chapitre 1), Berry [Berry 1993] a montré, dans le cas de bruits complexes, les limites d’une approche additionnant les pénalités correspondant à chaque caractéristique prise séparément. Comme l'explique Vogel [Vogel 1999], il apparaît plus pertinent d'utiliser des indicateurs acoustiques en relation avec des familles perceptives de sources.

Les objectifs du test sont détaillés ci-dessous.

1.1. Catégorisation des sources de bruit industriel permanent stable

Le premier (et principal) objectif est d'obtenir une typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent stable, en un point d'écoute virtuel situé à une même distance de chaque source, pour une configuration de propagation simple : propagation en conditions favorables au-dessus d'un sol herbeux plan. Notons que le filtrage perturbe très peu la reconnaissance de la source : l'expérimentateur a en effet vérifié que l'appariement des sons filtrés avec les sons originaux se fait sans aucun problème.

1.2. Etude de la nuisance relative

Le deuxième objectif de l'expérience est d'étudier la nuisance relative de chacun des stimuli sonores. Nous avons choisi d'utiliser un terme traduisant la notion de gêne de "court terme" reliée à une évaluation par le sujet. En anglais, les termes de nuisance et unpleasantness conviennent, selon [Guski 1999]. Le terme français de nuisance sonore a été retenu41 pour nos tests en laboratoire.

Lors de l'analyse, nous tenterons de dégager des tendances générales sur les facteurs acoustiques (autres que le niveau de pression acoustique) influant sur l'impression de nuisance provoquée par des bruits industriels permanents stables.

41 Cf. chapitre 1, section 1.3.1, pour les aspects sémantiques du terme français de nuisance.

142

2. Présentation d'outils spécifiques utilisés pour l'analyse du test d'écoute


2.1. Analyse du test de catégorisation de stimuli sonores

Nous décrivons ici le traitement des réponses pour le test de catégorisation. Rappelons que l'approche théorique de la catégorisation prototypique a été présentée au chapitre 1, section 2.4.3.

2.1.1. Réponses à un test de catégorisation

Nous allons ici détailler de manière concrète l'exploitation des résultats d'un test de catégorisation, la principale donnée recueillie étant la partition de l'ensemble initial formée par le sujet.

Prenons l’exemple d’un corpus de sons {1, 2, 3, 4, 5}, que 3 sujets catégorisent ainsi :

Sujet 1 Sujet 2 Sujet 3 Catégorie 1 : sons 1, 2 Catégorie 1 : sons 1, 2, 5 Catégorie 1 : sons 1, 4 Catégorie 2 : sons 3, 4 Catégorie 2 : sons 3, 4 Catégorie 2 : sons 2, 5 Catégorie 3 : son 5 Catégorie 3 : son 3

Le résultat de chaque sujet est défini par le nombre de catégories et leur contenu, que l’on peut représenter par une matrice individuelle d'appartenance [Ak], où k est le numéro du sujet [Guyot 1996] :

(4.1) ⎩⎨⎧

=contrairecasledans

ensembleclasséssontjisia k

ij 0),(1

Cette matrice est par construction symétrique et les termes diagonaux sont égaux à 1. Dans notre exemple, les 3 matrices individuelles sont données ci-dessous :

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1000001100011000001100011

][ 1A

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1000101100011000001110011

][ 2A

⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

1001001001001001001001001

][ 3A

La matrice d'appartenance globale [A] (également appelée matrice de proportion ou matrice d'incidence) est la somme de toutes les matrices individuelles. Elle comptabilise le nombre d'occurrences où les sons i et j ont été classés ensemble [Koehl 2005]. En notant N le nombre de sujets, [A] s'écrit :

(4.2) ∑=

=N

k

kAA1

][][

143


2.1.2. Constitution d'une matrice de distance

Afin de pouvoir utiliser des méthodes d'analyse statistique telles que l'analyse multidimensionnelle ou la classification hiérarchique (cf. section 2.2), il est nécessaire de reconstituer une matrice de distances entre sons à partir de la matrice [A].

Soit m le nombre de stimuli catégorisés par les N sujets. Une matrice carrée [C] d'ordre m est une matrice de distances si pour tous entiers i, j, k dans [1, m], elle vérifie les 3 propriétés définissant une distance [Dodge 2004] :

- symétrie : cij = cji ; - positivité stricte : cij > 0 si i ≠ j, et cii = 0 ; - inégalité triangulaire : cik ≤ cij + cjk

On parlera de dissimilarité (et non plus de distance) si seules les deux premières propriétés sont vérifiées [Dodge 2004].

Usuellement, une matrice de distances [D] est constituée à partir de [A] par la formule suivante [Houix 2003] :

( )∑=

−=−=N

k

kANN

AD1

][]1[1][]1[][ (4.3)

[D] est par construction symétrique et vérifie la propriété de positivité stricte. Concernant l'inégalité triangulaire, la vérification est immédiate pour N = 1. Pour N > 1, [D] s'écrit comme la somme sur N de N matrices vérifiant l'inégalité triangulaire (cf. équation 4.3) ; elle vérifie donc également cette propriété.

Van der Kloot et Van Herk [Van der Kloot 1991] présentent la construction, à partir de la matrice [D], d'une matrice [∆] de distance indirecte entre deux stimuli i et j :

(4.4) 2/1

1

2)( ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−= ∑

=

m

kjkikij ddδ

δij est la distance euclidienne entre les points I et J de coordonnées respectives (di1, .., dim) et (dj1, .., djm) dans . [∆] est donc par construction une matrice de distances. mℜ

Van der Kloot et Van Herk avancent différents avantages à l'utilisation de la matrice [∆] : - elle contient tous les liens directs et indirects entre les différentes paires de stimuli ; - les valeurs de δij évoluent de manière plus continue que les dij qui évoluent par pas de 1/N

(ce qui peut être intéressant pour une analyse multidimensionnelle) ; - par rapport à [D], la matrice [∆] montre une plus grande différenciation des stimuli peu

similaires, ce qui peut permettre de mieux représenter des données de nature catégorielle.

Les auteurs soulignent néanmoins que l'analyse multidimensionnelle de [∆] se révèle légèrement moins représentative des données de départ que l'analyse de [D]. De manière pragmatique, le choix de la matrice de distance se fera par comparaison des représentations obtenues à nos données de départ (cf. section 4.3).

La section suivante détaille deux méthodes de représentation de ces matrices.

144


2.2. Représentation de données de distance

Il existe différentes méthodes d'analyse de données de distances entre les objets d'un ensemble. Le choix de la méthode la plus adaptée dépend à la fois du type de test et de la nature des différences entres les sons du corpus.

Ayant étudié deux ensemble de stimuli sonores distincts, Susini et al. [Susini 1998] ont souligné l'influence de la nature des différences entre sons sur les structures perceptives sous-jacentes, et par conséquent sur le choix de la représentation appropriée. Ainsi, pour le premier corpus de sons étudié par Susini et al. (des sons intérieurs de voiture), les différences entre stimuli sont faibles, et la structure perceptive sous-jacente est de nature plutôt continue : dans ce cas, une analyse multidimensionnelle (technique présentée en section 2.2.1) assure une bonne représentation de l'espace perceptif, et permet de relier les traits auditifs des stimuli à des paramètres variant de manière continue sur une dimension donnée.

En revanche, le deuxième corpus de sons (des sons de l'environnement urbain) étudié par Susini et al. est très hétérogène (source différentes) ; la structure perceptive sous-jacente n'est plus de nature continue mais de nature catégorielle (liée à l'identification des sources). Il faut alors recourir à des techniques d'analyse utilisant les propriétés discrètes des stimuli. Les auteurs ont appliqué une méthode de classification hiérarchique (présentée en section 2.2.2) pour former des groupes de sons d'attributs communs. Cette technique convient particulièrement à la représentation de données issues d'un test de catégorisation, puisque l'on retrouve une représentation des stimuli sous forme de familles.

2.2.1. Analyse multidimensionnelle (MDS) et dimensionnalité

Cette méthode d'analyse d'une matrice de distances [D] d'ordre m a déjà été présentée au chapitre 3. Rappelons que cette méthode nécessite de fixer le nombre de dimensions de l'analyse. Nous détaillons ici les moyens d'analyser la dimensionnalité de la matrice de distances, afin de spécifier correctement le nombre de dimensions pour l’analyse MDS.

Classiquement, il est possible de déterminer la dimensionnalité de la matrice en observant l'évolution de la contrainte ou du pourcentage d'inertie exprimée en fonction du nombre de dimensions de l'analyse [Saporta 1990]. Un coude marqué est signe d'une dimensionnalité prononcée. Le nombre de dimensions à retenir est alors celui pour lequel la prise en compte d'une dimension supplémentaire n'améliore que très peu la valeur de la contrainte, ou le pourcentage d'inertie42 exprimée. Rappelons que l'inertie relative à une dimension k de la MDS peut s'exprimer facilement à l'aide de la matrice de Torgerson [W], calculée par la formule 4.5 [Saporta 1990]. La matrice [W] est obtenue par double centrage de la matrice des distances carrées :

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−−−= ∑ ∑ ∑

i j jiijijijijij d

md

md

mdw

,

22

222 11121 (4.5)

42 L'inertie étant ici la variance totale.

145


Le pourcentage d'inertie %Ik relatif à la dimension k s'écrit en fonction des valeurs propres λk de la matrice [W]/m :

100% ×=∑

kk

kkI

λλ (4.6)

D'autres techniques permettent d'estimer la dimensionnalité de la matrice [D], comme les simulations selon la méthode de Monte Carlo. Le principe consiste à créer, à partir de m stimuli choisis aléatoirement selon une distribution uniforme dans un espace de dimension fixée, des matrices de distance (et ce pour plusieurs dimensions). La dimensionnalité de ces matrices étant connue, il est possible d'estimer la dimensionnalité de [D] en comparant l'allure de la décroissance de la contrainte de ces matrices à celle de la matrice [D]. Cette méthode est décrite en Annexe G.

2.2.2. Classification ascendante hiérarchique (CAH)

L'objectif de cette technique d'analyse de données est de classifier un ensemble d'objets pour mettre en évidence des familles (ou classes) d'objets homogènes selon un certain critère. Cette technique est particulièrement adaptée pour analyser des données issues d'un test de catégorisation ; elle a été employée dans de précédents travaux sur la catégorisation de stimuli sonores [Houix 2003], [Koehl 2005]. Il est également possible d'utiliser d'autres méthodes d'analyse arborescente (arbres additifs, utilisés notamment par Guyot [Guyot 1996] et Maffiolo [Maffiolo 1999]), mais la CAH offre l'avantage de fournir des critères d'analyse développés (partition optimale par indice de Rand, mesures de distorsion, etc.). En revanche, elle ne permet pas de représenter la notion de typicalité, contrairement aux arbres additifs, dont les nœuds sont à interpréter comme les prototypes des catégories formées par l'algorithme (cf. [Maffiolo 1999]).

Une classification hiérarchique s'effectue à partir d'une matrice de distances ou, plus généralement, de dissemblances entre objets [Nakache 2005]. Elle suit un algorithme itératif, qui peut se résumer de la manière suivante pour le cas de la méthode agglomérative [Dodge 2004] :

- repérer la paire d'objets (i,j) telle que la distance les séparant soit la plus petite ; - agréger la paire de objets (i,j) en une seule classe α, et former une nouvelle matrice de

distances, en calculant notamment la distance entre la nouvelle classe et les autres objets ; - répéter ces deux étapes jusqu’à ce que tous les objets soient réunis dans une même classe.

Le choix de la distance entre une classe d'objets et les autres éléments donne lieu à des

méthodes différentes. Les quatre principales méthodes d'agglomération sont, selon Nakache et Confais [Nakache 2005] :

- la méthode du chaînage simple, dans laquelle la distance entre deux classes est la distance minimale entre les éléments des deux classes. C'est la méthode du "plus proche voisin" (nearest neighbour) ;

- la méthode du chaînage complet (complete linkage), dans laquelle la distance entre deux classes est la distance maximale entre les éléments des deux classes ;

- la méthode du chaînage moyen, dans laquelle la distance entre deux classes est la distance moyenne (pondérée ou non par les effectifs des classes) entre les éléments des deux classes.

146


Selon des simulations effectuées par Houix [Houix 2003], c'est la méthode la plus robuste des trois méthodes déjà décrites. Koehl et Houix ont utilisé cette méthode de groupement pour leurs travaux sur la catégorisation de stimuli sonores [Koehl 2004], [Houix 2003] ;

- la méthode de Ward (détaillée dans [Saporta 1990]), qui a pour but de minimiser à chaque étape la variance intra-classe et de maximiser la variance inter-classe. Pour son utilisation, la matrice de distances doit être euclidienne. Elle constitue selon Saporta [Saporta 1990] la meilleure méthode de classification hiérarchique pour des données euclidiennes.

Le choix de la méthode de groupement est très important, car il détermine fortement la classification finale. Il est donc utile de comparer plusieurs méthodes et de retenir celle qui semble la plus adaptée aux données de départ.

La représentation graphique des différentes agrégations effectuées par l'algorithme est appelée dendrogramme. C'est un arbre formé de nœuds correspondant aux classes et de branches désignant les associations faites à chaque itération. Pour l'exemple de la section 2.1.1, le dendrogramme obtenu par agglomération selon les liens moyens pondérés est présenté en figure 4.1. En plaçant une échelle le long du dendrogramme, il est possible de représenter les niveaux d'agrégation, notés Dlien. Afin d'utiliser une dynamique d'échelle identique pour tous les dendrogrammes, nous tracerons toutes nos représentations en fonction du niveau Dlien/Dmax.

Figure 4.1. Dendrogramme obtenu par la méthode des liens moyens pondérés sur la matrice [D]

issue de l'exemple de la section 2.1.1. Le niveau d'agrégation est ici en abscisses.

Utilisation de la méthode de Ward La méthode de Ward nécessite des matrices de distances euclidiennes. Saporta [Saporta 1990]

présente un test du caractère euclidien d'une matrice de distances [D] en utilisant la matrice [W], reliée à la matrice [D] par la formule de Torgerson (Equation 4.5). Si [W] a toutes ses valeurs propres positives ou nulles, alors [D] est euclidienne.

2.2.3. Quel nombre de classes retenir ?

Toute coupure d'un dendrogramme à un niveau d'agrégation donné fournit une partition de l'ensemble des objets à classer. Ce niveau de coupure est parfois difficile à déterminer : il est alors

147


utile de comparer les partitions obtenues à différents niveaux de coupure, dans le but de retenir la "meilleure". Pour ce faire, différents critères ont été développés, présentés par Nakache et Confais dans un récent ouvrage [Nakache 2005]. Nous présenterons ici un critère simple basé sur l'évolution du niveau d'agrégation, et deux critères basés sur l'indice de Rand [Rand 1971].

e critère le plus immédiat permettant d'avoir une idée du nombre de classes à retenir est le tracé de l'évolution du niveau d'agrégation en fonction du nombre de pas de l'algorithme. Sur la courbe (cf. exemple en figure 4.2), un coude indique une bonne séparabilité des classes pour l'itération correspondante [Nakache 2005]. Si une courbe présente plusieurs coudes, les partitions correspondantes peuvent être comparées en se référant à la matrice d'agrégation [A] : la partition optimale sera celle qui correspond le mieux aux données de départ contenues dans la matrice [A]. Des critères plus évolués, comme les indices de Rand, peuvent également être utilisés. Ils sont présentés ci-après.

L

4.2. Exemple d'évolution du niveau d'agrégation (en ordonnées) en fonction des pasFigure de l'algorithme.

nde m objets à classer. On définit les quatre quantités suivantes :

se dans chacune des partitions P et Q ;

- b est le nombre de paires d'objets de paires d'objets de qui se retrouvent dans une mclasse dans la partition P et dans des classes différentes dans la partition Q ;

dans la partition Q et dans des classes différentes dans la partition P ;

La flèche indique le coude principal.

L'i dice de Rand brut R(P,Q) mesure la similarité entre deux partitions P et Q d'un ensemble E

- a est le nombre de paires d'objets de E qui se retrouvent dans une même clas

E ême

- c est le nombre de paires d'objets de paires d'objets de E qui se retrouvent dans une même classe

- d est le nombre de paires d'objets de E qui se retrouvent dans des classes différentes dans chacune des partitions P et Q.

L'indice de Rand brut donne le pourcentage de concordance entre les partitions P et Q :

dcbadaQPR+++

+=),( (4.7)

148


Par construction, R(P,Q) est compris entre 0 (partitions totalement disjointes) et 1 (partitions identiques).

Lorsque P et Q sont deux partitions de E tirées au hasard, R(P,Q) n'est généralement pas Hubert et Arabie (cités dans [Nakache 2005]) ont proposé une correction permettant d'obtenir une espérance nulle lorsque les concordances entre P et Q sont dues au hasard. L'indice de Rand corrigé (ou

nul.

ajusté) Rc(P,Q) a pour expression :

dcbacabawavec

cbwawaQPRc ++−

−=

2/)(),(

+++++

=)).((

(4.8)

Rc(P,Q) est compris entre –1 (partitions disjointes) et 1 (partitions identiques).

L'indice de Rand (corrigé ou non) peut être utilisé dans le but de comparer une partition P issue d'un dendrogramme à l'ensemble des partitions Q1,.., QN formés par les N sujets. On définit alors des indices moyens :

∑∑==

==N

kkcc

N

kk QPR

NPRetQPR

NPR

11),(1)(),(1)( (4.9)

Le tracé de l'indice moyen en fonction du nombre de classes obtenues par le dendrogramme permet alors de déterminer une partition "optimale" en repérant le ou les maxima de la courbe. Quand le nombre de stimuli est important, Koehl [Koehl 2005] fait remarquer que la courbe obtenue à partir de l'indice de Rand moyen brut peut présenter un plateau lorsque le nombre de classes augmente : ceci s'explique par une quantité d élevée lorsque deux partitions ont un grand

moyen corrigé ne présente pas cette caractéristique et son utilisation semble donc à privilégier.

rents critères couplés aux différentes techniques d’agglomération pour ret

é sur le point d'écoute et placé à une hauteur de 1,2 m : la position de chacun des microphones se rapproche de la position moyenne supposée de chacune des oreilles des auditeurs. Les microphones ont été préalablement

ue, par méthode de substitution43. Les indices psychoacoustiques de densité de sonie, sonie globale, log fectue selon la norme ISO 532B [ISO 1975].

nombre de classes. L'indice de Rand

Nous testerons ces difféenir la méthode et le critère les plus adaptés à nos données.

2.3. Analyses acoustiques

2.3.1. Indices usuels

Les signaux acoustiques ont été mesurés en salle en plaçant un couple de microphones (couple stéréophonique ORTF Schoeps MSTC 64, écartement de 17 cm) centr

étalonnés en chambre anéchoïqrugosité, force de fluctuation et acuité ont été calculés avec le

iciel Pak (© MuellerBBM). Le calcul de sonie s'ef

43 La procédure d'étalonnage et les références sont détaillées en Annexe J.

149


Le

lé le critère de tonalité marquée au sens de la réglementation française [AFNOR 1996]. C'est un critère binaire (0 = pas de tonalité marquée ; 1 = tonalité

acoustiques des bruits.

2.3.3. Indice relatif au caractère "basses fréquences" des sons

Nous avons choisi d'employer un indice très simple relatif au caractère "basses fréquences" des bruits, utilisé dans plusieurs études [Kjellberg 1997], [Poulsen 2002] : il s'agit de l'écart entre le

q, et le niveau de pression équivalent pondéré A, pondération usuelles (A, C, etc.) sont détaillées

dans de nombreux ouvrages, dont [Liénard 1978].

3. Méthode expérimentale

duction des stimuli sonores

lui utilisé pour l'expérience présentée au cha

3.2.1.

Com tte expérience une configuration de propagation unique : propagation au-dessus d'un sol herbeux plan,

calcul des autres indices suit les définitions de Zwicker et Fastl [Zwicker 1999]. Le lecteur trouvera une description succincte de ces différents indices en Annexe I.

2.3.2. Indices de tonalité

Ces indices sont également détaillés en Annexe I.

L'indice de tonalité d'Aures (détaillé dans [01dB 2001]) a été calculé, à l'aide du logiciel dBFA (© 01dB-Metravib). Nous le noterons T. Cet indice s'exprime en Tonality Units (T.U.).

Nous avons également calcu

marquée). Nous le noterons "tona M" dans les tableaux relatifs aux analyses

Enfin, un dernier aspect utilisé pour l’analyse des signaux à caractère tonal est un indice spectral, basé sur un simple comptage du nombre de raies, définies selon la méthode de Pedersen et al. [Pedersen 2000b]. Il nous permettra, en première approche, de juger du caractère "simple" ou "complexe" du timbre des sons.

niveau de pression équivalent pondéré C, noté LCe

noté LAeq. Signalons que les différentes courbes de

3.1. Système de repro

Le système de reproduction utilisé est identique à cepitre 3. Sa description est effectuée en section 4.3 du chapitre 3.

3.2. Stimuli sonores

Choix de la configuration de propagation

me indiqué dans la section 1.1 de ce chapitre, nous avons choisi de retenir pour ce

150


en ndisposo

- ément appliquée pour des distances allant jusqu'à 1000 m ;

- e retour d'expérience de l'équipe acoustique d'EDF R&D, les niveaux de bruit

dB pour des bruits à large

D et maximau te. Les valeurs d'émergence minim ignées dans le tableau 4.1. Celui-ci 'un 250 ien s de pas trop "grande". C onc cett r que n e pou tion d s.

Tableau 4.1. Evolution des niveaux sonores nimaux et maxim des sources de onothèque, en fonction de la di ce. Les émergences correspondantes pour des bruits de fond (bdf)

LAeq 30 et 50 dB ) sont également qués.

distance (m)

niveau min (dBA)

émergence min (bdf=30 dB(A))

niveau max (dBA)

émergence max (bdf= 55 dB(A))

co ditions favorables. Afin de choisir une distance source / point d'écoute adéquate, nous ns des informations suivantes : notre méthode de création de stimuli est basée sur la norme ISO 9613 [ISO 1996], qui est commun

- lorsque la distance augmente, l'atténuation en hautes fréquences des différents bruits augmente : leur différenciation spectrale hautes fréquences a alors tendance à se réduire ; d'après lrésiduel aux alentours des sites industriels d'EDF sont de l'ordre de 30 dB(A), pour une zone rurale très calme, ou de l'ordre de 55 dB(A) pour des zones plus urbanisées ou proches de routes.

- selon Häberle et al. [Häberle 1984], les niveaux d'émergence donnant suite à des plaintes sont de l'ordre de 1 dB pour des bruits à caractère tonal, et 7 spectre.

Nous avons décidé de choisir une distance donnant des valeurs d'émergence comparables aux valeurs citées par Häberle et al., en considérant une plage de niveau résiduel 30-55 dB(A). La distance correspondante ne devra pas être supérieure à 1000 m, et ne devra pas être trop "grande", afin de conserver une bonne différenciation spectrale des sources.

es calculs Tympan ont été effectués pour déterminer les niveaux sonores minimauxx des sources de la sonothèque en fonction de la distance source/point d'écou

ales et maximales correspondantes sont consmontre qu

'est de distance de

e valeu m correspond bous avons retenu

à nos critèrer la créa

niveau, et n'est es stimuli sonore

mi aux la sstande (A indi

150 32 4 64 10 200 29 3 62 8 250 27 2 60 7 300 26 1 59 5 350 25 1 57 4

3.2.2. Choix des sources par rapport à la typologie fonctionnelle

Une typologie fonctionnelle des sources de bruit industriel a été précédemment établie (chapitre 2

typo disposons de 55 enregistrements de sources perm , couvrant toutes les catégories sauf la catégorie "T f t sé a

, section 1). Elle est rappelée dans le tableau 4.2.

Selon cette logie, nous anentes stablesnransport de matériaux" : il aut maintena

lectionner les sources à inclure d ns le test.

151


Tableau 4.2.Typol sources de bruit industriel. es chiffres indiqués sont r ermanentes les uniquement.

Nombre d'enregistrements

Nb. de stimuli sélectionnés

ogie fonctionnelle des elatifs aux mono-sources pL stab

Catégories Code Type Détails / Sous-catégories

Machines à C fours, chaudières, urs combustion

OMBUSTION brûleurs,hauts fourneaux, motethermiques

2 2

Equipement électrique

moteurs, urs, lignes à

ELEC alternateurs, transformatehaute tension

10 6

EAU-chute rantes, tours aéroréfrigéchutes d’eau 7 4 Appareils à

flux d'eau EAU-pompe pompes 5 3 GAZ-bouche bouches, jets de gaz,

soupapes d'échappement 10 5

GAZ-vtl ventilateurs 6 5


GAZ-tuyau tuyauteries 3 1 Salles des machines

SDM sources à l'intérieur d'un même bâtiment 12 4

Transport de matériaux

TRANSPORT convoyeurs pas de sources permanentes enregistrées

Choix du nombre de sons La plupart des tests de catégorisation libre détaillés dans la littérature emploient au maximum

30 sons [Guyot 1996], [Houix 2003], [Koehl 2005], [Maffiolo 1999], [Guastavino 2003]. Une étude réalisée par Tardieu et al. [Tardieu 2004], met en oeuvre un nombre de stimuli de l'ordre de 60

de limiter le ombre de sources.

t avec 40 sources a été effectué sur un sujet (membre du laboratoire non fam

la même per n ins de 30 minutes, ce qui est apparu sat ai de sons. Sél ti

Surtableau 4.2, un corpus de 30 sources a été sélectionné en fonction des principes suivants :

- - nts, un seul enregistrement est conservé ;

: ceux-ci étaient des enregistrements d'ambiance de gare, donc des signaux connus des sujets et facilement identifiables. La durée moyenne de la tâche était d'une heure. Dans notre cas, les sources de bruit ne font pas nécessairement partie de l'expérience quotidienne des auditeurs ; de plus, nous ne savons pas si, pour un auditeur lambda, il est facile de différencier ces sources. Nous supposerons que la tâche de catégorisation est a priori difficile : il paraît nécessairen

En effet, un pré-tesilier avec les sources) : celui-ci a abandonné au bout de 30 minutes, jugeant la tâche trop

difficile en raison du nombre de sons. Un nouveau test avec 30 sons a été effectué sur so ne une semaine plus tard : elle a accompli la tâche en moisf sant. Nous avons donc décidé de constituer un corpus d’une trentaine

ec on des sources les 55 mono-sources réparties dans les catégories de la typologie comme indiqué dans le

- chaque catégorie de la typologie doit être représentée ; les bruits où des fluctuations temporelles sont audibles sont écartés ; pour les sources enregistrées en deux points différe

152


- la source et son environnement doivent pouvoir être modélisées avec une bonne précision dans le logiciel Tympan utilisé pour le calcul des filtres (respect des conditions de champ lointain, précision des mesures, évoquées au chapitre 2) ;

- pour les sous-catégories présentant encore un nombre important de sources, le nombre de sources est réduit en utilisant des arguments de similarité (du son et du type de source) et de qualité de l'enregistrement (jugée par 3 auditeurs).

4 sources ont été écartées car elles présentaient des fluctuations audibles (sources 8, 12, 21, 38 de l’Anne urc carté ualit ation sous Tympan ( 0 2 . 2 sources "doublons" ont été écartées (sources 1, 34). Pour les sous-catégories présentant un nombre im sources, 10 sources ont été écartées (sources 3, 7, 16, 18, 25, 27, 28, 36, 48, 56). Au total, 25 sources ont été écartées d o-sou tir à 30 sons (tableau 4.3).

. So nues pour l'expérience.

s

xe A). 9 so es ont été é es pour des raison de q é de la modélissources 6, 1 , 11, 19, 20, 24, 6, 45, 50 de l'Annexe A)

portant de

e l'ensemble des 55 mon rces initiales, pour abou un corpus final de

Tableau 4.3 urces rete

Catégories Code Type Détails / Sous-catégorie N° des sources Machines à combustion

CO N rs, chaudières, aux, moteurs

MBUSTIO brûleurs, fouhauts fournethermiques

13 31

Equipementélectrique

ELEC alternateurs, ignes à

haute tension 2 4 5 15 39 53

moteurs, transformateurs, l

EAU-chute tours chute

aéroréfrigérantes, s d’eau 22 35 46 51 Appareils à

flux d'eau EAU-pompe pompes 17 30 49 GAZ-bouche bouches, jets de gaz,

soupapes d'échappement 32 42 44 47 54

GAZ-vtl ventilateurs 9 23 33 43 52


GAZ-tuyau tuyauteries 55 Salles des SDM sources à l'intérieur d'un machines même bâtiment 14 29 37 40

3.2

ité perçu n'é

afin d'obtenir un ensemble de sons de niveau d'intensité

.3. Préparation des stimuli sonores

Filtrage Les sons sélectionnés ont été filtrés pour représenter une écoute en un point M situé à 250 m des

sources, selon la méthode développée au chapitre 3, en appliquant les paramètres de calcul "optimaux".

Les sons filtrés sont étudiés tels quels : aucun bruit résiduel n'est ajouté pour cette expérience.

Minimisation de l'influence du niveau de pression Les niveaux sonores des bruits filtrés varient de 30 à 60 dB(A). Le niveau d'intenstant pas un attribut des sons que nous souhaitons étudier, nous avons tenté de minimiser

l'influence de celui-ci. Pour ce faire, les sons ont d'abord été égalisés à 45 dB(A), puis leur niveau a été modifié par une procédure itérative

153


jug

ation de séquences sonores urbaines, demandant aux suj

le caractère "désagréable" a été également pris en compte par certains sujets malgré la consigne explicite à ce sujet. Par conséquent, nous avons considéré que les

sont suffisamment faibles pour ne pas jouer un rôle prépondérant dans la tâche de catégorisation.

expérience est d'obtenir des catégories perceptives des sources, d'évaluer la éventuels entre la nuisance et les différentes catégories

protocole a été défini pour inclure deux tâches principales : une catégorisation libre des sons, et un jugement de la nuisance de chacun des sons. L'essai est divisé

é égal par le préparateur. Cette modification de niveau s'est effectuée par multiplication des voies gauche et droite des fichiers audio par le même coefficient, conservant ainsi la stéréophonie originelle des enregistrements. Ceci peut entraîner des écarts de niveau entre les voies gauche et droite des fichiers diffusés. Au point d'écoute, les niveaux sonores des sons ainsi modifiés sont compris entre 42 et 51 dB(A), et les sonies mesurées s'échelonnent entre 3,8 et 5,1 sones.

Afin de s'assurer que le niveau d'intensité n'a plus un rôle prépondérant pour une tâche de catégorisation des sons, et qu'aucun écart gauche/droite n'est perçu au point d'écoute, nous avons effectué un pré-test auprès de 10 sujets.

Dans un premier temps, ces sujets étaient soumis à un test de catégorisation orientée, la consigne étant de séparer du groupe de sons initial les sons jugés moins forts ou plus forts qu'un son de référence, indépendamment du caractère "désagréable" des bruits. Le son choisi comme référence était le son 32, de sonie mesurée égale à 4,3 sones. 4 bruits blancs de sonie variant dans l'intervalle de sonie défini plus haut ont été rajoutés au corpus des 30 sons, afin de créer une dynamique de niveau pour un même son. A la fin du test, il était demandé au sujet d'expliquer pourquoi il avait jugé tel ou tel son comme plus / moins fort, afin de comprendre s'il avait effectivement jugé selon le niveau d'intensité relatif, ou bien un autre attribut des sons.

Pour cette première tâche, aucune relation d'ordre n'a été établie entre le nombre d'occurrences où un son a été jugé plus / moins fort et la sonie mesurée en salle. De l'analyse des commentaires, il ressort que les gens ont trouvé la tâche difficile et que la variété des bruits a influé sur le jugement des sujets. Ce résultat n'est pas surprenant, au regard des expériences menées par Maffiolo [Maffiolo 1999] : différents tests de catégoris

ets de classer les sons selon l'intensité perçue, montrent qu'en réalité, les catégories sont constituées sur la base d'une similitude de sources ; en particulier, pour un des tests menés par Maffiolo, certaines catégories regroupent des séquences dont les niveaux diffèrent de 6 dB(A), mais dont les sources sont semblables.

De plus, dans notre pré-test,

variations de sonie au point d'écoute

Dans un deuxième temps, les sons dont les fichiers audio présentaient les plus gros écarts de sonie gauche / droite ont été diffusés, en demandant au sujet de juger de leur position : à gauche, à droite, ou au centre. Concernant cette deuxième partie, les écarts de niveau d'intensité entre les voies gauche et droite des fichiers diffusés ont été jugés non significatifs (p>0,08).

3.3. Protocole expérimental

L'objectif de cettenuisance relative, et d'examiner les rapports perceptives. En conséquence, le

154


en

s, non spécifiques aux ins

Partie I – Catégorisation libre Cette première partie est une tâche de catégori

au s icô ns similaires. Vous pouvez former autant de catégories que vous le désirez."

trois parties distinctes. Entre la partie I et la partie II, une coupure de 10 minutes a été imposée. Les parties II et III sont enchaînées.

En guise d'introduction, les sujets étaient informés du fait que l'expérience était une étude générale sur la perception des bruits de diverses sources industrielle

tallations d'EDF.

sation libre (cf. section 2.1). La consigne donnée sujet est : "Vous allez entendre différents bruits de sources industrielles en cliquant sur lenes situées en bas de l'écran. Déplacez les icônes sur l’écran pour former des groupes de so

Une interface a été développée sous Matlab (© The Mathworks) permettant de créer des icônes sonores mobiles, rendant ainsi la tâche très intuitive. La figure 4.3 donne un aperçu de l'interface.

F

hl 2005] a utilisé des stimuli de 3 s pour une expérience de catégorisation de bruits de bancs moteurs en phase de fonctionnement. Guyot a utilisé des durées de 3 à 4s pour ses expériences de catégorisation de bruits domestiques [Guyot 1996]. Le sujet peut interrompre un son (les icônes sont des outons "play / stop"). L'ordre initial des sons sur l'écran est aléatoire.

Une fois les catégorie de décrire les différentes tégories, et si possible de choisir un "meilleur représentant" de chaque catégorie. La tâche de

ver

igure 4.3. Vue de l'interface de catégorisation libre. Les icônes peuvent être déplacées par le sujet pour former des groupes. A l'état initial, les icônes sont alignées sous la barre horizontale en bas de l'écran.

Pour cette partie du test, la durée des sons est de 5 s. Une durée courte a été choisie car les bruits

sont stables, ils ne présentent pas d'évolution temporelle. Des études précédentes emploient des durées similaires : par exemple, Koehl [Koe

b

s formées, l'expérimentateur demande au sujet ca

balisation s'effectue sous la forme d'un dialogue libre avec l'expérimentateur, ce dernier n'introduisant dans le dialogue aucun terme non précédemment employé par le sujet.

155


Pa

e chaque son (même sons que dans la partie I). La consigne donnée au sujet est la sui

réponse sur une échelle continue, graduée par 5 repères allant de " très faible" à " très élevée".

. Cette durée est

rel eplus, d'autres études visant à déterminer des paramètres acoustiques influents sur la nuisance uti n 2004], [Davies 2004]).

aléatoire. Le sujet peut écouter chaque son autant de fois qu’il le souhaite, avant de valider son jugement. La première écoute n'est pas

Une phase d'entraînement de quatre sons (identiques pour tous les sujets) est effectuée en pré

ions relatives à des facteurs non acoustiques cités par des études précédentes ([Fields 1993], [Miedema 1999], cf. chapitre 1) ou de récents articles de synthèse [Marquis-Favre 2005]. Nous avons supposé que les facteurs suivants pourraient potentiellement expliquer des différences éventuelles entre les réponses des sujets :

- la sensibilité au bruit ; - la crainte que les activités industrielles sources du bruit sont dangereuses ;

le bruit pourrait être évité, lien avec la source de bruit) ;

rtie II – Jugement de la nuisance Après la tâche de catégorisation, la seconde partie de l'expérience consiste en un jugement direct

de la nuisance dvante : "Imaginez que vous êtes chez vous et que vous entendez les différents sons qui vont

suivre. Vous devez estimer la nuisance sonore provoquée par chacun des sons." Le sujet reporte sa

Cette échelle est représentée en figure 4.4.

Figure 4.4. Echelle utilisée pour la partie II du test.

très faible faible moyenne élevée très élevée

Pour cette deuxième partie, la durée des sons a été augmentée à 15 secondesativ ment courte mais l'expérience ne vise pas à étudier des effets du bruit sur le long terme. De

lise t des stimuli de durée comparable (par exemple, [Viollon

Les sons sont présentés l'un après l'autre, en ordre

interruptible.

sence de l'expérimentateur, afin que le sujet se familiarise avec l'interface et la tâche à effectuer.

Partie III - Questionnaire sur le bruit industriel

La dernière partie du test consiste en un questionnaire rassemblant des questions usuelles à propos du sujet (âge, profession), ainsi que des quest

- l'attitude envers la source du bruit (croyance que

- l'exposition au bruit au domicile ou sur le lieu de travail.

Le détail du questionnaire est donné en Annexe F.

156


3.4. Sujets

60 sujets (28 hommes et 32 femmes), âgés de 24 à 66 ans, ont participé au test. Ce sont des personnes extérieures à EDF, qui ont été recrutées par une société spécialisée, et reportant toutes une audition normale. Elles ont été dédommagées pour leur participation.

Sur les 60 sujets, 45 habitent "en ville" (communes de plus de 6000 habitants) et 15 "à la campagne" (communes de moins de 6000 habitants).

4. Analyse de la catégorisation

La première tâche (catégorisation) a été effectuée avec succès par l'ensemble des 60 sujets, avec cependant des 5 min, durée

oyenne : 22 min, écart-type : 6 min). D'une manière générale, les sujets ont jugé que la difficulté de

it globalement une forme de cloche (cf. figure 4.5). Un sujet a formé 2 catégories, un autre en a formé 14. Les sujets restants ont formé entre 3 et 12 catégories.

durées très variables (durée minimale : 9 min, durée maximale : 3m

la tâche diminuait vite lorsque quelques groupes commencent à être formés : la définition (consciente ou non) de la stratégie de catégorisation employée semble donc l'étape la plus difficile.

Les sujets ont formé en moyenne entre 6 et 7 catégories, l'histogramme représentant l'effectif selon le nombre de catégories formé su

Figure 4.5. Histogramme du nombre de catégories formées par les 60 sujets.

Après avoir analysé l'espace des sujets, nous comparerons les dendrogrammes issus de diverses

combinaisons (type de matrice, méthode d'agrégation) jugées pertinentes, afin de sélectionner la

157


rep e[A]. Ce

4.1

atrice de dissimilarité [S] entre les 60 sujets. Pi est la partition de l'ensemble des 30 sons form i, alors sij s'écrit [Nakache 2005] :

rés ntation la mieux adaptée aux données de départ, à savoir la matrice d’appartenance globale lle-ci est donnée en Annexe F.

. Sélection des sujets

Nous avons utilisé l'indice de Rand brut (introduit en section 2 pour mesurer la similarité entre eux partitions d'un ensemble) pour construire une md

Si ée par le sujet

{ }260,..,1),(,),(1 ∈∀−= jiPPRs jiij (4

lyse de l'expérience 1 (chapitre

.12)

De manière similaire à l'ana 3), une sélection des sujets est effectuée en introduisant des réponses aléatoires, afin de repérer d'éventuels sujets "suspects". Pour ce faire, 60 sujets fictifs, associés à une partition aléatoire de l'ensemble des 30 sons, ont été

atrice analysée est ue (CAH) a été effectuée sur cette

ma

itères suivants :

- le sujet a-t-il effectué la tâche en un temps très court ? é une stratégie

générés, afin de pouvoir mieux interpréter la répartition des sujets réels. La mdonc carrée d'ordre 120. Une classification ascendante hiérarchiq

trice des 120 sujets (réels et fictifs). Le dendrogramme correspondant à une agglomération selon les liens moyens pondérés est représenté en figure 4.6. Les sujets 35 et 50 sont regroupés avec les sujets "fictifs", et apparaissent donc "suspects". Une analyse MDS en 2 dimensions de la même matrice vient confirmer cette observation.

Pour ces deux sujets, nous avons recherché différentes explications possibles parmi les cr

- Lors de l'entretien avec l'expérimentateur, le sujet a-t-il reporté avoir utilistrès différente de l'ensemble du groupe ?

Les sujets 35 et 50 ont effectivement déclaré avoir formé des groupes de sons non pas similaires mais provoquant un même niveau de "gêne"44. Nous avons choisi de les écarter de l'analyse.

En conclusion, nous avons conservé 58 sujets pour la formation de matrices de distances entre stimuli. Les propriétés des matrices de distance [D] et [∆] correspondantes (définies en section 2) sont comparées dans la section 4.2 suivante.

44 D'après les expériences menées par Maffiolo [Maffiolo 1999], il est possible que des sujets déclarant classer des sons selon un niveau de gêne effectuent néanmoins des groupements par similitude de sources. Ici, l'inclusion des sujets 35 et 50 dégrade les résultats de l'analyse (partition optimale différente, avec un indice de Rand corrigé moins élevé) : ils sont donc écartés.

158


Figure 4.6. Dendrogramme des 60 sujets réels et 60 sujets fictifs (notés AL), méthode des liens

moyens pondérés. Les sujets 35 et 50 (en bas en rouge) sont regroupés avec les sujets fictifs, à un niveau d'agrégation important.

sionnalité des matrices

ode de représentation de nos données s'effectuera par

ve à [D] et [d'in de dim t sur la dim n coude appind

4.2. Etude de la dimen

Nous avons effectué cette analyse pour les matrices [D] et [∆] afin de trouver des arguments permettant de déterminer laquelle est la plus adaptée à la représentation des données de l'expérience. Cette étude se base sur des analyses MDS des deux matrices. Après l'étude de la dimensionnalité des matrices, le choix final du m

comparaison des différents dendrogrammes issus de la classification hiérarchique (CAH).

4.2.1. Evolution du pourcentage d’inertie exprimée et de la contrainte

Le tracé du pourcentage d'inertie exprimée en fonction du nombre de dimensions spécifiée pour l'analyse MDS, représenté en figure 4.7, n'indique pas clairement la dimensionnalité relati

∆]. On remarque cependant qu'à nombre de dimensions égal, [∆] permet d'exprimer plus ertie que [D]. L'observation de la décroissance de la contrainte en fonction du nombre ensions confirme cette observation, mais ne donne pas non plus d'argument forensionnalité. Si l'on se base sur l'évolution du pourcentage d'inertie exprimée, uaraît pour un nombre de dimensions égal à 2 ; cependant, l'évolution de la contrainte semble iquer 3 dimensions.

159


Figure 4.7. Evolution du pourcentage d'inertie exprimée et de la contrainte en fonction

du nombre de dimensions spécifié lors de l'analyse MDS.

4.2.2. Simulations de Monte-Carlo

Afin d'obtenir un argument plus net sur la dimensionnalité de ces deux matrices, des simulations de Monte Carlo ont également été effectuées (cf. section 2.2.1). Le tracé, donné en Annexe G, ne fait pas apparaître de dimensionnalité marquée pour aucune des deux matrices. Cependant, au vu des tracés, une dimensionnalité égale à 3 semble la plus probable pour [D] et [∆].

4.3.1. Dendrogrammes

Nous avons analysé les deux matrices selon la méthode des liens moyens pondérés. De plus, ayant vérifié à l'aide du critère exposé en section 2.2.2 que [∆] est euclidienne, nous avons pu analyser cette matrice selon la méthode de Ward. En revanche, [D] n'est pas euclidienne : son analyse par la méthode de Ward est impossible.

Remarque : une analyse MDS de [D] ou [∆] fournit les coordonnées des stimuli sur le système d'axes de la représentation, et permet de définir une matrice de distance euclidienne entre les points représentant les stimuli. Comme cette matrice est euclidienne, il est possible d'effectuer une CAH selon la méthode de Ward, ce qui peut être intéressant (par exemple dans le cas où la matrice de départ n'est pas euclidienne). Nous avons comparé les dendrogrammes ainsi obtenus avec les dendrogrammes précédents, comme l'a fait Koehl dans ses travaux de thèse [Koehl 2005].

En résumé, nous avons tracé les dendrogrammes correspondant aux combinaisons suivantes : - [D]+CAH(moy) : analyse CAH selon les liens moyens pondérés de la matrice [D] ; - [∆]+CAH(moy) : analyse CAH selon les liens moyens pondérés de la matrice [∆] ; - [∆]+CAH(Ward) : analyse CAH selon la méthode de Ward de la matrice [∆] ; - [D]+MDS+CAH(Ward) : analyse CAH selon la méthode de Ward de la matrice issue d'une

MDS sur [D] ; - [∆]+MDS+CAH(Ward) : analyse CAH selon la méthode de Ward de la matrice issue d'une

MDS sur [∆].

4.3. Dendrogrammes et partition optimale

160


Le tracé de ces différents dendrogrammes, ainsi que les graphes présentant l'évolution de l'indice de Rand corrigé moyen et du niveau d'agrégation en fonction du pas de l'algorithme, sont donnés en Annexe H. Nous représentons ci-après (figures 4.8 et 4.9) les dendrogrammes correspondant aux combinaisons [∆]+CAH(moy) et [∆]+CAH(Ward).

Concernant la combinaison [D]+CAH(moy), l'évolution du niveau d'agrégation ne montre pas de coude45 indiquant une coupure nette du dendrogramme. L'indice de Rand corrigé moyen est supérieur à 0,3 si l'on coupe le dendrogramme entre 6 et 12 classes, ce qui reste une indication relativement large : cette combinaison ne donne pas une bonne séparabilité des classes.

La combinaison [∆]+CAH(moy) est plus satisfaisante, car l'évolution du niveau d'agrégation présente un coude indiquant une bonne séparabilité pour 6 classes. L'indice de Rand corrigé moyen est supérieur à 0,3 si l'on coupe le dendrogramme entre 5 et 11 classes, avec un maximum à 0,32 pour 5 classes.

La combinaison [∆]+CAH(Ward) fournit un dendrogramme beaucoup plus "lisible", car les coudes présents sur l'évolution du niveau d'agrégation sont bien marqués. On obtient une bonne séparabilité pour une partition en 6 classes. L'indice de Rand corrigé est également maximal (0,31) pour une coupure de l'arbre en 6 classes. Il est supérieur à 0,3 pour une coupure entre 6 et 9 classes.

La comparaison avec les dendrogrammes issus des matrices de distances fournies par la MDS (3 dimensions) mont s sont identiques quelle que soit la méthode. Il n'en est pas de même pour [D], qui, comme nous l'avions vu précédemment, pe

re que pour la matrice [∆], les partitions en 6 classes obtenue

rmet d'exprimer moins d'inertie à nombre de dimensions égal.

Figure 4.8. Dendrogramme issu de la combinaison [∆]+CAH(moy).

illée en section 2.3.3 et dans [Nakache 2005]. 45 l'utilisation de la notion de coude est déta

161


Figure 4.9. Dendrogramme issu de la combinaison [∆]+CAH(Ward).

Par conséquent, la matrice [∆] semble mieux adaptée à la représentation de nos données. Il reste

cependant à choisir la méthode d'agrégation : en effet, en se basant sur les distances d'agrégation, la méthode de Ward semble la meilleure, et indique une partition en 6 classes. Néanmoins, la méthode des liens moyens pondérés permet d'obtenir une partition en 5 classes ayant l'indice de rand corrigé

ivante comparer en détail les deux partitions, afin de déterm

ources 2, 4, 5, 31, 40 ;

moyen le plus haut (0,32). Nous allons dans la section suiner la partition optimale.

4.3.2. Partition optimale

La partition en 6 classes donnée par [∆]+CAH(Ward) est la suivante : - classe 1 : sources 22, 35, 46, 51 ; - classe 2 : sources 13 14 33 42 43 52 ; - classe 3 : sources 15, 39, 53 ; - classe 4 : sources 17, 23, 29, 30, 44, 47, 49, 54, 55 ; - classe 5 : s- classe 6 : sources 9, 32, 37. La partition en 5 classes donné par [∆]+CAH(moy) est la partition précédente, où les classes 2

et 3 se réunissent en une seule et même classe. Pour choisir la meilleure des deux options, il est utile d'effectuer un "zoom" sur les sources concernées dans la matrice d'agrégation globale [A], représenté dans le tableau 4.4.

162


Tableau 4.4. Zoom sur une portion de la matrice [A]. Les chiffres représentent le nombre d'occurrences où les sources ont été regroupées ensemble par les 58 sujets. Les quartiles sont codés par couleur.

sources 13 14 33 42 43 52 15 39 53 13 58 39 39 32 36 33 12 21 24 14 39 58 45 42 37 34 18 27 30 33 39 45 58 40 38 32 20 23 25 42 32 42 40 58 29 34 15 24 24 43 36 37 38 29 58 28 17 20 21 52 33 34 32 34 28 58 11 20 23 15 12 18 20 15 17 11 58 41 37 39 21 27 23 24 20 20 41 58 46 53 24 30 25 24 21 23 37 46 58

e. Il ne semble pas judicieux de les rassembler en une seule et même classe, d'autant plus que le groupe {15, 39, 53}

ctionnelle des sources de bruit industriel

sion, nous retiendrons la partition en 6 classes issue de la CAH de [∆] selon la mé

Nous allons décrire précisément chaque famille issue du test de catégorisation libre, en mettant en

verbalisations des sujets ayant rassemblé tous les sons de la famille dans une même catégorie (celle-ci pouvant également contenir d'autres sons). Une ana

es grammaticales46.

on). Cette description était parfois très laconique (comme par exemple : "ce sont des tur

La lecture de ce tableau montre clairement qu'entre les deux groupes {13, 14, 33, 42, 43 , 52} et {15, 39, 53}, les liens intra-groupe sont plus forts que les liens inter-group

correspond à un sous ensemble précis de la typologie fon(les transformateurs électriques ventilés).

En concluthode de Ward. Rappelons que cette partition est robuste par rapport au choix de la méthode

d'agrégation (cf. section 4.3.1).

4.4. Description des 6 familles perceptives

relation les sources (lien avec la typologie fonctionnelle établie au chapitre 2) et les descriptions que les sujets en ont faites.

Seules les verbalisations des sujets ayant "formé" la famille sont prises en compte : pour chaque famille, nous avons analysé uniquement les

lyse sémantique et grammaticale plus complète n'est pas possible, car les verbalisations ont été notées par l'expérimentateur, ce qui n'a pas permis de retranscrire l'intégralité des form

Au cours des dialogues effectués avec l'expérimentateur, lorsqu'il leur est demandé de décrire les différentes catégories, la majorité des sujets décrivent d'abord les sources de bruit (identificati

bines") ; dans ce cas, l'expérimentateur a demandé des détails en demandant de décrire les différents sons de la catégorie, ceci ayant pour conséquence d'amener les sujets à qualifier les sons en eux mêmes, à décrire leur propriétés. David [David 1997] a montré cette conséquence de

ple, le dialogue était enregistré et que l'intégralité

des verbalisations effectuée par le sujet était ensuite retranscrite. 46 Une analyse plus complète serait possible si, par exem

163


l'ut

ue les bruits ont été décrits majoritairement en termes de sources, tan

s source / propriété physique / effet utilisées par David [David 1997].

sources 22, 35, 46 sont des tours aéroréfrigérantes de centrale nucléaire ; les sources 22 et 35 sont à ventilation naturelle, tandis que la source 46 est à ventilation forcée. La source 51 est un

. Il est déjà intéressant de remarquer que ces sources e d'eau" ont été classées ensemble, indépendamment du type de ventilation (naturelle

).

Verbalisations classé les sons de cette famille dans une même catégorie. L'analyse est restreinte à

ces

s sources, 11 sujets associent un bruit d'eau à ces sources : 8 sujets cite

ilisation du terme "son", dans une expérience où la moitié des sujets devait définir ce qu'étaient pour eux un bruit, et citer les bruits qu'ils distinguaient dans leur environnement, et l'autre moitié devait définir ce qu'étaient pour eux un son, et citer les sons qu'ils distinguaient dans leur environnement. David montre q

dis que les sons ont été plus décrits en termes de propriétés physiques que les bruits, impliquant une description plus objective pour les sons que pour les bruits.

Nous trouvons ainsi dans les verbalisations, des termes relatifs aux sources, et des termes relatifs à la description du son en lui-même. Enfin, nous avons également noté l'utilisation de termes impliquant un jugement hédonique (par exemple, "les sons que je préfère le moins").

Les verbalisations ont donc été classées en trois catégories : les termes liés à l'identification de la source, à la description du son, et à l'appréciation de celui-ci. Ces catégories rejoignent les catégorie

4.4.1. Famille 1 : aéroréfrigérants (bruits d'eau)

Description La première famille est constituée des sources 22, 35, 46 et 51, c'est-à-dire de l'ensemble des

sources "aéroréfrigérants" du corpus, classées dans la catégorie fonctionnelle "EAU-chute". Les

aéroréfrigérant à ventilation forcée, sur piedsde type "chutou forcée).

La deuxième observation importante provient de l'analyse de la matrice [A] (donnée en Annexe F). A l'observation de celle-ci, nous pouvons en effet dire que la famille 1 est une famille forte : les termes Aij correspondant aux sources 22, 35 et 46 sont supérieurs à 47 : en d'autres termes, si l'on considère ces sons deux à deux, ils ont été regroupés dans une même classe par plus de 47 sujets (soit plus de 70% des sujets

La matrice [A] indique également que la source 51 a des liens légèrement moins forts avec le groupe des trois sources précédentes : les termes Aij correspondants sont compris entre 35 et 39.

29 sujets ont sujets.

En termes d'identification dent explicitement le terme "eau", et l'on rencontre également les termes de "pluie" (1 sujet),

"ruisseau" (1 sujet), "mer" (1 sujet) ou "cascade ou feu (sons naturels)" (1 sujet). Le terme "eau" est associé aux termes "chute" (2 sujets), "machine à débit (d'eau)" (1 sujet) ou à la notion "d'écoulement" (2 sujets).

164


Certains décrivent ces sources comme des "souffleries" (6 sujets) ou des bruits de "souffle" (2 sujets), et parfois associés aux termes "douce" (1 sujet), "évaporation" (1 sujet) ou "léger et pas désagréable" (1 sujet). Un sujet a identifié ces sources comme des "appareils à air qui fuient", un autre comme un "pschitt soft".

e TGV".

ême, nous avons recensé les termes u" (1 sujet), "aigu" (2 sujets), ou à la fois "grave et aigu" (1 sujet), ou

"br

du son, ce qui s'explique par la prépondérance de termes liés à l'identification de la source.

éables" ou "pas désagréables". Notons que ces sujets avaient également qualifié les bruits de "naturels" ou "bruit de vent, de mer".

Me

4.4

s sons 13, 14, 33, 42, 43, 52. Les sources 33, 43 et 52 sont des "GAZ-ventilateurs"). La source 42 est une cheminée de

source 13 est un bloc diesel (catégorie "COMBUSTION"), tandis que la source 14 est

de type spectral, comme nous le verrons à l'aide des ver

Deux sujets rapprochent ces bruits à des "bruits de radio" (entre deux stations), deux autres à un "bruit de télévision" (entre deux chaînes). Enfin, un sujet reconnaît un "bruit d

Concernant les termes liés à la description du son en lui-m"doux sourd, et pas aig

ouillé et crachoté" (1 sujet). Nous avons également relevé les termes de soufflerie "douce" (1 sujet), bruit "sec" (1 sujet), et de pschitt "soft" (1 sujet). Nous trouvons donc peu de termes liés à la description

Enfin, 2 sujets ont jugé ces bruits comme "agr

illeur représentant C'est la source 35 qui a été le plus souvent choisie comme "bon représentant" de la catégorie

(9 occurrences parmi les 29 sujets considérés, contre moins de 5 occurrences pour les autres sons).

.2. Famille 2 : grosses souffleries

Description La famille 2 est constituée de

ventilateurs (catégorie fonctionnelle combustion. La

une porte de salle des machines (catégorie "SDM"). Les types fonctionnels de cette famille sont donc variés : leur ressemblance est

balisations effectuées par les sujets.

A l'observation de la matrice [A], cette famille apparaît également une famille "forte", puisque les termes Aij correspondants aux paires de sons issues de cette famille sont tous supérieurs à 29 (ce qui représente plus de 50% des sujets).

Verbalisations

15 sujets ont classé les sons de la famille 2 dans une même catégorie. L'analyse des verbalisations leur est relative.

Les sujets ont identifié les sources de cette catégorie comme des "souffleries" (7 sujets), perçues comme "grosse" (2 sujets), ou "douces et peu perçantes" (1 sujet). A rapprocher de la soufflerie, le "bruit de souffle" (1 sujet) et les "ventilations" (1 sujet). D'autres sujets ont décrit la famille 2 avec des termes plus caractéristiques de la famille 1 : "grosse averse (vent, pluie) ou parasite" (1 sujet), "bruit d’eau" (1 sujet). Enfin, quelques descriptions plus exotiques : "bruit de chalumeau" (1 sujet), ou bruit d’"énorme éolienne ou de souffle de montgolfière" (1 sujet).

165


Concernant la description du son en lui-même, ce sont les termes concernant les basses fréquences qui sont prépondérants : "grave" (4 sujets) (dont "grave et sourd" pour 1 sujet), "basses fréquences" (1 sujet), "étouffé" (1 sujet). Le chalumeau est décrit comme "plus ou moins aigu"

et), "peu perçant, doux" (1 sujet).

chacune été e "bon représentants" à deux reprises. Les autres sources ont été choisies moins de

deu

De

forte puissance, dénommés "transformateurs principaux" dans les centrales électriques. Cette famille est donc, comme la famille 1, une famille rassemblant des sources de

se des ver li

Si d("souffnouvea apparaissent pour qualifier ces transformateurs : ils sont perçus comme un "m

utilisé les termes de "br

un troisième comme des "bruits uniformes avec un crachotis".

(1 sujet).

Les qualificatifs relatifs à l'appréciation des bruits sont relativement homogènes : "pas désagréable" (1 sujet), "pas bruyant" (1 suj

Meilleur représentant

Parmi les sujets sélectionnés pour les verbalisations, les sources 42 et 52 ont choisies comm

x fois.

4.4.3. Famille 3 : transformateurs ventilés

scription La famille 3 est constituée des sons 15, 39 et 53, c'est-à-dire de l'ensemble des transformateurs

ventilés du corpus. Ils appartiennent à la catégorie fonctionnelle "ELEC". Ce sont des transformateurs de

même type.

Tout comme les familles 1 et 2, cette famille est "forte", car puisque les termes Aij de la matrice [A] (cf. Annexe F) correspondant aux paires de sons issues de cette famille sont tous supérieurs à 46 (soit plus de 60% des sujets).

Verbalisations

22 sujets ont classé les sons de la famille 3 dans une même catégorie. L'analyba sations est relative à ces sujets.

es termes utilisés pour décrire la source empruntent au vocabulaire utilisé pour la famille 2 lerie grave, un peu de souffle" (2 sujets), "sorte de clim" (1 sujet), "ventilation" (1 sujet)), de ux termes

oteur" (3 sujets) (dont "moteur qui tourne" (2 sujets)), une "turbine" (2 sujets) ou quelque chose qui "vibre sur une table" (1 sujet). La notion de machine en rotation apparaît donc ici, vraisemblablement pour qualifier le mouvement des pales des ventilateurs présents sur ces sources. Enfin, certains sujets reconnaissent les sources comme un bruit de "chaufferie (plus ou moins aigu)" (1 sujet), voire de "chaudière" (1 sujet).

D'autre part, concernant la description du son en lui-même, les sujets ontuit sourd" (4 sujets), parfois qualifié de "contenu" (1 sujet), ou de son "lourd" (1 sujet).

"ronronnement doux" (7%). Comme les bruits de la famille 2, ils sont également perçus comme "graves" (3 sujets) et "basses fréquences" (1 sujet). Un sujet décrit les bruits comme des "ronronnements", un autre comme des "ronflements, crachant et soufflant, avec une pression audible",

166


En termes d'appréciation, les bruits sont jugés "doux" (1 sujet), "pas fort" (1 sujet) et "pas trop agressifs" (1 sujet).

Me

3 ont toutes deux été désignées comme meilleur représentant par 6 sujets parmi les 22 sujets retenus pour l'analyse.

e est constituée des sources 17, 23, 29, 30, 4, 47, 49, 54, 55. C'est une famille moins "forte" que les familles précédentes, car au vu de la

matrice [A] (Annexe F), les termes A correspondants varient entre 10 et 33. La source 49 apparaît Aij compris entre 10 et 27).

mille a la particularité de rassembler les trois machines de type "EAU-pompe" du cor

catégorie. Ceci peut s'e

illeur représentant Les source 15 et 5

4.4.4. Famille 4 : "machines tournantes"

Description La famille 4 est la famille d'effectif le plus grand. Ell

4ij

comme le son le moins relié à la famille (

Si cette fapus (sources 17, 30 et 49), les autres sources appartiennent à des types fonctionnels variés :

ventilateurs, tuyauteries, bouches d'aération. A l'écoute des sons, c'est le caractère tonal qui semble réunir ces sources.

Verbalisations

Aucun sujet n'a rassemblé tous les sons de cette famille dans une mêmexpliquer par l'effectif important de la famille (9 sons). L'analyse des verbalisations associées à la

famille 4 est ici impossible selon le critère de sélection des sujets utilisé pour les autres familles.

Néanmoins, afin d'avoir une idée des verbalisations relatives à la famille 4, nous avons choisi une approche indirecte, consistant à examiner :

- si des groupements partiels des sons de la famille 4 ont été effectués par les sujets ; - et si, pour ces groupements partiels (qui peuvent inclure des sons hors de la famille 4), l'un

des sons de la famille 4 a été cité comme "meilleur représentant". Dans ce cas, nous la description relative à ce groupement pour donner une idée de la description de la

r les groupements partiels ? Si l'on s'intéresse aux groupements par

relatives à ces 6 groupements partiels.

cir

utilisons famille 4.

Quel effectif considérer poutiels d'au moins 7 des 9 sons de la famille 4, seuls 3 sujets en ont formé : ce n'est pas suffisant

pour donner une idée de la description de la famille 4. En revanche, 8 sujets ont formé un groupement partiel contenant au moins 6 des 9 sons de la famille 4. Pour les 8 groupements en question, un des sons de la famille 4 a été cité comme "meilleur représentant" dans 6 cas. Nous analysons ci-dessous les verbalisations

Les termes utilisés pour décrire la source sont : "machine tournante" (1 sujet), "machine qui tourne" (1 sujet), "moteur qui tourne" (1 sujet), "bruit de machine derrière" (1 sujet), voire "bruit de

culation" (1 sujet). La notion de "rotation" de la source est donc prépondérante dans ces descriptions : ceci fait vraisemblablement référence à l'aspect tonal des sons, que l'on perçoit à l'écoute.

167


Concernant la description du son en lui-même, nous avons relevé les termes "aigu" (1 sujet), "sifflement un peu plus aigu" (1 sujet), ce qui indiquerait le caractère tonal aigu des sons de cette famille.

Enfin, aucun terme lié à une appréciation qualitative n'a été relevé dans les descriptions des 6 groupements partiels.

Meilleur représentant

Ne nous pouvons défma

inir de "meilleur représentant" pour les stimuli de la famille 4 de la même

roupements partiels analysés).

atrice [A], la source 2 est celle qui apparaît la moins reliée aux autres sources de la fam

nière que pour les autres familles. Néanmoins, selon l'approche indirecte explicitée dans le paragraphe précédent, c'est la source 44 qui semblerait la plus représentative de la famille 4 (avec 2 occurrences parmi les 6 g

4.4.5. Famille 5 : bruits agressifs

Description Cette famille est constituée des sources 2, 4, 5, 31 et 40. C'est avec la famille 2, la seule famille

qui contient des sources de type fonctionnel "ELEC" (sources 2, 4, 5 : deux transformateurs non ventilés, et une turbine électrique). La source 31 est un moteur thermique (type "CONBUSTION"), la source 40 est une porte de salle des machines (type "SDM"). Si ce n'est pas le type fonctionnel qui réunit ces sources, leur écoute laisse à penser que c'est leur ressemblance de timbre (plutôt aigu, et "complexe" car plusieurs raies fréquentielles sont audibles) qui les réunit.

Au vu de la mille (Aij correspondants compris entre 11 et 19). Notons que la source 2 est la source qui a été

laissée le plus souvent toute seule : 13 sujets ne l'ont pas regroupé avec une autre source, ce qui est le maximum pour toutes les sources du corpus.

Les Aij correspondant aux autres sources de la famille 5 sont de grandeur similaire à ceux de la famille 4.

Ve

jets ont rassemblé les sons de la famille 5 dans une même catégorie. L'analyse des

pas identifié la source ont qualifié les bruits de "métallique, mécanique" (1 suj

rbalisations 6 su

verbalisations leur est relative.

Les sources de cette famille ont été décrites de manière assez variée, l'unité des descriptions se retrouvant dans les qualificatifs des bruits. Les sources citées sont : "marteau piqueur" (1 sujet), moteur électrique de scie sauteuse" (1 sujet), "câble électrique qui grésille, champ magnétique" (1 "

sujet).

Les sujets n'ayant et) ou de "bruit qui bourdonne" (1 sujet, description semble-t-il plus dédiée à la source 2).

Les appréciations des bruits de cette famille sont, sans surprise, très négatives : les sons sont jugés "agressifs" (2 sujets), "stressants" (1 sujet). Pour un sujet, ce sont les sons qu'il "préfère le moins".

168


Sans décrire précisément ce qui rapproche les différentes sources, les sujets ont donc rapproché ces bruits à ceux de sources bien connues (le marteau piqueur, la scie sauteuse) vraisemblablement pour leur aspect agressif et désagréable. Nous retrouvons ici une des conclusions de Dubois [Dubois 2000] que nous avions déjà évoqué au chapitre 1, section 2.4.3 : le caractère "désagréable" peu (dans le docatégories de "mauvaises odeurs", cf. [Dubois 2000]).

Meilleur représentant 6 sujets sélectionnés étude des 3 ont choisi comme

" rés

4.4.6. Famille 6 : sources peu caractéristiques

Description Cette catégorie rassemble les s 9, 32 et 37. Moins de 30 % des suje mblé au

moins deux des trois sons dans une même famille (cf. matrice [A], en Annexe F). Ces trois sons n'ont d'appartenance forte à aucune des 5 famfamille 6 n'est donc pas une famille à proprem ble les sons jugés de manière variable selon les sujets. La source 9 est une ventilation de toit, la source 32 est une bouche d'extraction d' 37 f ie "SD

Verbalisations

4 sujets ont rassemblé les sons de la famil même es verbalisations leur est relative.

Concernant les termes relatifs ources, ce so s "souffle" (2 sujets) et "soufflerie" (1 sujet) qui caractérisent la fam Notons qu déjà été employés pour qualifier les stimuli des familles 1, 2, et 3 ; ils ne sont donc pas spécifiques à la famille 6.

Me e

auc

4.4 .

Cet ôle de la reconnaissance de la source dan lales sujeliés à l'aspect physique des sons : nous retrouvons ainsi dans les descriptions des aspects liés au

t être un aspect influent pour la formation de catégories dans le domaine auditifaine olfactif, l'influence de l'aspect désagréable a été également observé par l'obtention de m

Sur les meilleur rep

pour l' verbalisations, la source 5 entant".

source ts ont rasse

illes précédentes, et pas de liens forts entre eux. La ent parler, mais rassem

un local moteur, et la source ait partie de la catégor M".

le 6 dans une catégorie. L'analyse d

aux s nt les termee ces termes ontille 6.

La description des sons fait quant à elle apparaître les termes "aigu" (1 sujet) et "atténué" (1 sujet).

ill ur représentant Pour chacun des 4 sujets ayant rassemblé les sons de la famille 6 dans une même catégorie,

des sons de la famille 6 n'a été désigné comme "meilleur reprun ésentant" de la catégorie.

.7 Synthèse

te analyse très simple des verbalisations montre ici le rs formation des catégories, les termes liés à la source étant généralement cités en premier par

ts. Lorsqu'il est demandé aux sujets de décrire les sons, ceux-ci emploient alors des termes

169


caractèlittérat 1). Il faut enfin noter la formation d'une famille de sons "agressifs, stre

si que la description complémentaire correspondent à une analyse indirecte des verbalisations relatives aux stimuli de cette famille.

Famille Sources

Types Nom proposé Description complémentaire

re "basse fréquence" des sons pour les familles 2 et 3, caractéristique déjà identifiée dans la ure (cf. chapitre

ssants". Nous tenterons, dans la section suivante, d'expliquer ces différentes verbalisations par une analyse acoustique des sons.

Le tableau 4.5 synthétise les différentes observations faites au cours de la section 4.4.

Tableau 4.5. Typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent stable. Notons que pour la famille 4, le nom proposé ain

perceptive fonctionnels pour la famille

1 22 35 46 EAU-chute aéroréfrigérants 51 (bruits d'eau)

parfois décrits comme une soufflerie

2 33 42 43 GAZ 52 13 14

COMBUSTION SDM

grosses souffleries sons graves, basses fréquences

3 15 39 53 ELEC transformateurs ventilés

moteur, source qui tourne, ronronnement, bourdonnement

4 17 30 49 23 44 47 54

55, 29

EAU-pompe GAZ SDM

"machines tournantes" "sifflements aigus"

5 2 4 5 31 40

ELEC COMBUSTION

SDM bruits agressifs également décrits comme

stressants

6 9 32 37

GAZ SDM

sources peu caractéristiques

bruit de souffle

Si l'on s'intéresse à la répartition des types fonctionnels dans les catégories perceptives, nous pouvons remarquer que pour toutes les sources utilisées dans le test :

- toutes les sources de type "EAU-chute" forment la famille perceptive 1 ; - toutes les - pour les sources de type "ELEC", les transformateurs ventilés forment la famille perceptive

3, les autres sont rassemblées dans la famille perceptive 5 ;

lut pas suffisamment de ce type de sources pour tirer des conclusions fermes ; les sources de type "SDM" (salle des machines) ont été classées dans différentes familles perceptives (2, 4, 5 et 6), ce qui était un résultat attendu : en effet, ce type fonctionnel

sources de type "EAU-pompe" sont dans la famille 4 ;

- les sources de type "GAZ" sont dans les familles 2 et 4 ; deux sources de ce type ont été reléguées dans la catégorie 6 "fourre-tout" ;

- les deux sources "COMBUSTION" n'ont pas été classées ensemble : la diversité des sources est peut-être importante dans ce type fonctionnel, mais le test n'inc

-

170


regroupe des bruits relativement variés, dépendant de l'ensemble des machines placées en m al.

Po s de , o s ve , et d ne m mesure

un ême loc

ur le sources type "EAU-chute" les transf rmateur ntilés ans u oindrepour s e A e" ion de type fonctionnel est donc pertinente les ources d type "E U-pomp , la notpercep mtive ent. Il est n d rce embl ar ty tionnel ne on s t if e (exe : bru tél our les sources de la famille 1), ce qui montre que ces bruits industriels ne sont pas des bruits communs,

ables.

de sonie sont présentés en figure 4.10, rassemble des sources à large spectre. La source 51 diffère quelque peu des autres par la présence d'un pic ma bruit des ventilateurs présents dans ce type d'aéroréfrigérants

de plus i téressant e noter que les sou s rass ées p p cévision p

e fons t pa forcémen correctement ident iées par l s sujets mple it de

facilement reconnaiss

4.5. Analyse acoustique des 6 familles obtenues

4.5.1. Famille 1

La famille 1, dont les diagrammes de densité

rqué autour de 2 Barks. Celui-ci est dû au .

Figure 4.10. Diagrammes de densité de sonie des sons de la famille 1.

En termes d'indicateurs, les bruits de la famille 1 sont caractérisés par des valeurs de tonalité T

(Aures) proches de 0, et aucune tonalité marquée (colonne "Tona M."). L'écart entre LCeq et LAeq est sont de l'ordre de 1,3 acum, c'est-à-dire parmi les plus

orpus. Les valeurs sont indiquées dans le tableau 4.6. également faible. Les valeurs d'acuité élevées des sons du c

171


Tableau 4.6. Indicateurs acoustiques calculés pour les sons de la famille 1 (voie gauche / voie droite).

N° Sonie (sones)

Acuité (acum)

Rugosité(asper)

Fce Fl.(vacil)

LAeq (dBA)

LCeq -LAeq (dB)

Tona M.

Tonalité T (T.U.)

22 4,7 / 4,6 1,2 / 1,2 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 45 / 45 3 / 3 0 / 0 0 / 0 35 4,6 / 4,5 1,5 / 1,5 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 45 / 45 1 / 1 0 / 0 0 / 0 46 4,5 / 4,3 1,4 / 1,5 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 45 / 44 2 / 2 0 / 0 0 / 0 51 4 44 / 42 5,4 / 4,1 1,3 / 1,3 0,2 / 0,2 0,1 / 0,0 / 6 0 / 0 0,1 / 0,1

4.5.2. m

es densités de sonie des bruits de la famille 2 (figure 4.11) montrent une bonne cohérence avec les verbalisations des sujets (bruits "basses fréquences"). En effet, la majeure partie de l'énergie est distribuée sur les bandes de Barks 2 et 3, correspondant aux basses fréquences (f ≤ 300 Hz). Notons que ces spectres sont très similaires, à l'exception de celui de la source 52, qui présente un maximum plus élevé, et une pente de décroissance beaucoup plus raide. C'est en effet, à l'écoute, la source la plus "basses fréquences".

Fa ille 2

L


teurs acoustiques calculés pour les sons de la famille 2 (voie gauche / voie droite). Tableau 4.7. Indica

N° Sonie (sones)

Acuité (acum)

Rugosité(asper)

Fce Fl.(vacil)

LAeq (dBA)

LCeq -LAeq (dB)

Tona M.

Tonalité T (T.U.)

13 4,1 / 4,0 0,9 / 0,8 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 44 /44 8 / 8 0 / 0 0,2 / 0,2 14 4,3 / 4,2 0,9 / 0,8 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 44 / 44 9 / 9 0 / 0 0,0 / 0,0 33 4,1 / 4,3 0,8 / 0,8 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 45 / 45 11 / 10 0 / 0 0,1 / 0,2 42 4,0 / 4,1 0,8 / 0,7 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 46 / 46 10 / 10 0 / 0 0,2 / 0,2 43 4,4 / 4,5 1,0 / 1,0 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 45 / 45 7 / 7 0 / 0 0,0 / 0,0 51 3,8 / 3,8 0,9 / 1,0 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 44 / 44 13 / 13 0 / 0 0,0 / 0,0

Les valeurs de l'indicateur LCeq-LAeq (cf. tableau 4.7) montrent également le caractère basses fréquences de ces sources : avec la famille 3, la famille 2 est la seule à présenter des valeurs toutes

172


sup

urs de tonalité T (Aures) sont également proches de 0.

4.5.3. Famille 3

La famille 3 rassemble les transformateurs ventilés, de spectre très caractéristique : pour les sources 15 et 53, une raie à 100 Hz (due à la résonance de la cuve du transformateur [Barron 2003]) provoque un pic dans le diagramme de densité de sonie sur la bande 2. Ces deux sources présentent une tonalité marquée (Tona M) à cette fréquence. Pour la source 39, l'enregistrement original montrait deux raies importantes à 50 Hz et 100 Hz (la raie à 50 Hz étant responsable d'une tonalité marquée au sens de la réglementation française), seule la raie à 100 Hz est clairement visible dans la mesure en salle. Pour les trois sources, les valeurs de LCeq-LAeq sont supérieures à 13 dB.


N° Sonie (sones)

Acuité (acum)

Rugosité(asper)

Fce Fl.(vacil)

LAeq (dBA)

LCeq -LAeq (dB)

Tona M.

Tonalité T(T.U.)

érieures à 7 dB.

Comme les sources de la famille 1, aucun des bruits de la famille 2 ne présente de tonalité marquée (ce qui est codé par le chiffre 0 dans la colonne "Tona M." du tableau 4.7). Les vale

15 3,9 / 3 0,8 / 0,7 ,8 0,8 / 0,7 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 45 / 45 17 / 16 1 / 1 39 3,9 / 3,6 0,7 / 0,8 0,8 / 0,7 0,2 / 0,2 0,1 / 0,0 44 / 43 14 / 15 0 / 0 53 4,0 / 3,9 0,9 / 0,8 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 43 / 43 13 / 14 1 / 1 0,3 / 0,3


basses fréquences (l'indice de tonalité T et le critère de tonalité marquée (Tona M) reflétant cet aspect), tandis qu’aucun bruit de la famille 2 ne présente cette caractéristique.

Les diagrammes de densité de sonie de cette famille (figure 4.12) sont relativement similaires à

ceux de la famille 2. A l'écoute, les sons sont en réalité très distincts : les sons de la famille 3 présentent une tonalité très audible en

173


4.5

de

la fréquence 160 Hz, et non 100 Hz comme pour les bruits de transformateur. La source 49 paraît donc, de part sa densité de sonie, un peu à l'écart des autres sources de la famille. Ceci rejoint l'observation f ite en section 4.4.4 au sujet de la matrice [A], montrant des lien .

s valeurs de l' de T te ieur 0,3 r p ntes relativemen em so rp re alem pec l de

.4. Famille 4

Décrite comme une famille de sources "qui tournent", ce qui peut être interprété par la présence de sifflements ou pics spectraux, la famille 4 contient des sources très variées. En termes de densité

sonie, toutes ces sources, à l'exception de la source 49, présentent un pic entre 3 et 9 Barks (entre 300 et 1080 Hz), et pas de pics au delà (cf. figure 4.13). La source 49 présente un pic sur la 2e bande de Barks, comme les sons de la famille 3 : mais la raie spectrale responsable de ce maximum est centrée sur

as avec les autres sources de la famille plus ténus pour la source 49

Plus de la moitié des sources de cette famille présentent une tonalité marquée (Tona M). Leindice

t à l’ens tonalité sont tou

ns du cos supérs : ceci

es à flète ég

, et sont paent l'a

mi les t tona

lus importas sons. ble des u s

F re 4.13. agrammes de nsité de sonie sons de la fa le 4. igu Di de des mil

174


Tableau 4.9. Ind eurs aco iques calculé ur les sons de famille 4 (voie gauche / voie droite).

N° Sonie (sones

Acuité (acum)

Rugosité(asper) cil)

LAeq (dBA)

Ceq -LAeq (dB)

.

Tona T(T.U.)

icat ust s po la

) Fce Fl.(va

L TonaM

lité

17 4,0 / 4,4 1,0 / 1,0 0,2 / 0,2 / 0,1 44 / 48 6 / 5 1 0,7 / 0,9 0,1 0 /23 4,1 / 4,1 0,8 / 0,8 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 45 / 46 7 / 7 0,6 / 0,6 1 / 0 29 4,5 / 4,5 0,8 / 0,8 0,2 / 0,2 46 / 47 8 / 8 1 0,5 / 0,7 0,1 / 0,1 1 /30 4,5 / 4,5 1,0 / 1,0 0,2 / 0,2 45 / 45 7 / 7 0 0,6 / 0,8 0,1 / 0,1 0 / 44 5,1 / 4, 0,8 / 0,8 0,2 / 0,2 51 / 50 7 / 7 0 0,5 / 0,5 6 0,1 / 0,1 1 / 47 4,2 / 4, 0,8 / 0, 0,2 / 0,2 0,1 46 / 46 5 / 6 0 0,3 / 0,3 1 8 0,0 / 0 / 49 4,5 / 4, 0,9 / 0, 0,1 45 / 45 8 / 9 0 0,5 / 0,3 4 9 0,2 / 0,2 0,1 / 0 / 54 4,2 / 4,3 0,8 / 0,8 0,1 / 0,1 0,1 / 0,1 49 / 50 3 / 3 1 / 1 0,8 / 0,5 55 4,3 / 3,9 0,7 / 0,7 0,2 / 0,2 0,1 / 0,1 48 / 47 5 / 5 0 / 0 0,6 / 0,5

4.5.5. Famille 5

présentent des diagrammes de densité de sonie assez différents. Ils ont cependant tous en commun le fait de présenter des tonalités au

Po 5 m lo e 1 B -à n 2300 Hz) peut expliquer leur ressem nest en et d d lle er 1 ent un maxim ur es

a source 2 est un transformateur non ventilé ; son bruit est constitué uniquement de raies à 100 Hz

urces présentent donc au moins deux maxima dans le diagramme de densité de sonie. Le diagramme de densité de sonie de la source 40 n'en présente qu'un, mais une analyse en bandes fines des bandes 3 et 4 montrent la présence de 3 pics prononcés à 300, 400 et 450 Hz, d'amplitude environ 10 dB.

Décrits comme agressifs et stressants, les bruits de la famille 5

dibles.

ur les sons 4, et 31, un aximum cal entr 0 et 14 arks (c'est -dire e tre 1250 et blance, ai si que leur caractère "agressif" : cette zone fréquentielle

eff proche e la zone "sensible" e l'orei [Zwick 999]. Ils présentent égalemum marqué s les band 2 et 3.

L et harmoniques (dont la première est visible sur le diagramme de densité de sonie) : il a été

perçu comme très particulier (c'est le seul bruit ayant été laissé seul par plus de 20% des sujets).

outes ces soT


175



N° Sonie Acuité Rugosité Fce Fl. L L - L Tona Tonalité T (sones) (acum) (asper) (vacil)

Aeq (dBA)

Ceq Aeq (dB) M. (T.U.)

2 4,4 / 4,7 0,5 / 0,5 0,2 / 0,1 0,0 / 0,0 48 / 49 15 / 14 1 / 1 1,5 / 1,7 4 4,6 / 4,1 1,2 / 1,1 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 48 / 45 2 / 4 0 / 0 1,4 / 0,9 5 4,4 / 4,4 1,1 / 1,1 0,2 / 0,3 0,0 / 0,0 44 / 44 7 / 7 0 / 0 1,2 / 0,9

31 4,2 / 4,2 1,0 / 0,9 0,2 / 0,2 0,0 / 0,0 44 / 45 6 / 6 0 / 0 0,1 / 0,3 40 4,3 / 4,2 0,8 / 0,8 0,2 / 0,3 0,0 / 0,0 47 / 47 6 / 6 0 / 0 0,1 / 0,1

A l'écoute, ces sources présentent un timbre que l'on pourrait qualifier de "complexe", ce qui peu

illes 4 et 5.

Tableau 4.11. Analyse du nombre de raies (présentes sur le spectre bandes fines d’au moins une des 2 voies de mesure) pour les sons des familles 4 et 5. Nous avons limité l’analyse

à la b mes

No

t s'expliquer par l’observation des spectres en bandes fines. En effet, le comptage du nombre de raies (selon la méthode décrite en Annexe I) montre que les sons de la famille 5 présentent un nombre de raies en moyenne plus élevé que ceux de la famille 4, et particulièrement autour de la zone sensible de l’oreille (entre 1 et 4 kHz). Par ailleurs, on remarquera que le sons 5 et 40 présentent au moins deux fois plus de raies que tous les autres sons. Le tableau 4.11 détaille le comptage du nombre de raies pour les fréquences inférieures à 4000 Hz.

Il est intéressant de remarquer que pour les sons 31 et 40, les valeurs de l'indice de tonalité T sont très faibles, alors que le nombre de raies comptabilisées est très grand. En revanche, le son 5 présente à la fois une valeur de tonalité T élevée et un grand nombre de raies. Ces deux indices sont donc à conserver afin d’obtenir une vision détaillée des sons des fam

ande 0-4000 Hz car au delà, c'est-à-dire au-delà de 17 Barks, les diagramde densité de sonie ont une amplitude très faible.

mbre de raies Famille

< 5 ≤ f < 1 Hz 2 ≤ f < 4 kHzTOTAL Source

f 00 Hz 500 kHz 1 ≤ f < 2 k 17 4 2 4 6 17 23 4 8 6 0 19 29 4 3 5 1 14 30 1 2 5 7 1644 2 1 0 0 4 47 1 2 0 0 3 49 2 2 2 0 7 54 1 3 4 0 8

4

2 255 1 1 6 2 3 5 4 4 17

4 0 3 4 5 13

5 2 4 15 31 53

31 1 4 8 12 25

5

13 16 40 18 10 60

176


4.5.6. Famille 6

Les sons de la famille 6, peu caractéristiques, présentent, sans surprise, des valeurs peu rquables pour les différents indices calculés (cf. tableau 4.12).

Tableau 4.12.

(T.U.)

rema

Indicateurs acoustiques calculés pour les sons de la famille 6 (voie gauche / voie droite).

N° Sonie (sones)

Acuité (acum)

Rugosité(asper)

Fce Fl.(vacil)

LAeq (dBA)

LCeq -LAeq (dB)

Tona M.

Tonalité T

9 4,0 / 4,2 1,1 / 1,0 0,2 / 0,2 0,0 / 0,1 45 / 47 2 / 2 0 / 0 0,1 / 0,4 32 4,3 / 4 0,9 / 0,9 0,2 / 0,2 0 / 0,1 47 / 46 4 / 4 0 / 0 0,4 / 0,3 37 4,1 / 4,1 1,1 / 1 0,2 /0,2 0,1 / 0,1 43 / 43 8 / 8 0 / 0 0,2 / 0,2

Les diagrammes de densité de sonie gure 4.15) des sons 9, 32 et 37 présentent peu de caractéristiques communes, et ne se rapproc

(fihent que faiblement des allures des diagrammes des

autres familles.


4.6. Conclusions

L’analyse de la première partie de l’expérience, relative à la catégorisation de bruits de sources industrielles permanentes stables, a permis d'identifier une partition optimale en 6 familles. Pour

famille percepti fa été désigné. Ceux-ci ourront être utilisés lors de tests ultérieurs visant par exemple à comparer certaines familles.

La comparaison des typologies perceptives et fonctionnelles montre que certaines catégories 'eau" (EAU-chute), "transformateur ventilé" (ELEC) et, dans

une moindre mesure, "pompe" (EAU-pompe)] sont également perceptivement valides.

Au cours du dialogue avec les sujets, nous avons recueilli des verbalisations relatives aux sources du bruit, à la description physique du son en lui-même, et parfois liées à un jugement

chaque p

ve (sauf milles 4 et 6), un "meilleur représentant" a

fonctionnelles de sources ["chute d

177


héd

ns de la famille 5 soit lié à leur asp

les fam

onique (comme c'est le cas pour la famille 5, rassemblant les sons "agressifs" et "stressants"). L'analyse acoustique des différents sons est cohérente avec les descriptions physiques effectuées par les sujets. Enfin, il semblerait que le caractère "agressif" des so

ect tonal aigu et complexe (grand nombre de raies spectrales).

Le tableau 4.13, ci-après, reprend le tableau 4.5 complété des informations relatives à l'analyse acoustique des signaux. Il permet de synthétiser les principales observations effectuées sur

illes.

Nous allons présenter, dans la section 5, l'analyse de la deuxième partie du test d'écoute.

Tableau 4.13. Tableau de synthèse de la typologie perceptive obtenue.

Famille perceptive Sources

Types fonctionnels

Nom proposé pour la famille Analyse acoustique

1 22 35 46 51

EAU-chute aéroréfrigérants (bruits d'eau) signaux large bande

2 33 42 43 52 13 14

GAZ COMBUSTION

SDM grosses souffleries sons basses fréquences,

non tonaux

3 15 39 53 ELEC transformateurs ventilés

sons basses fréquences, tonaux (pic sur la 2e bande de Barks)

4 17 30 49 23 44 47 54

55, 29

EAU-pompe GAZ SDM

"machines tournantes" sons à caractère tonal (pic entre 3 et 8 Barks)

5 2 4 5 31

ELEC COMBUSTION bruits agressifs sons à caractère tonal complexe,

nombre élevé de raies spectrales 40 SDM

6 9 32 37 SDM caractéristiques

pas de caractéristique identifée GAZ sources peu

5. Analyse de la nuisance

Les 60 sujets ont effectué la deuxième partie du test (jugement de la nuisance, cf. section 3.3).

réponse, tous les autres ont utilisé plus de 50% de l'amplitude, avec une moyenne de 75%. Pour pallier la variation de la dynamique utilisée, les réponses ont été centrées et réduites : en notant Ri,k

Une majorité d’entre eux ont écouté chaque son une fois, certains deux fois.

Pour chaque stimulus, la répartition des réponses des sujets suit une Gaussienne. La dynamique de réponse varie d'un sujet à l'autre : si un sujet n'a utilisé que 30% de l'amplitude de l'échelle de

178


la réponse brute du sujet i pour le son k, iR la moyenne des réponses du sujet i, et σi l'écart type associé, la réponse centrée réduite ri,k s'écrit :

( ) iikiki RRr σ/,, −= (4.13)

5.1. Sélection des sujets

De manière similaire à l'expérience menée au chapitre 3, la distance euclidienne entre les vecteurs des m notes de nuisance des sujets est utilisée pour analyser l'espace des sujets. Si r est la rép

i,k

onse centrée réduite du sujet i relative au son k, la distance dij entre les sujets i et j s'écrit selon la formule 4.14.

∑=

ment de 60 suj

48. La figure 4.1

−=m

kkjkiij rrd

1

2,, )( (4.14)

Une matrice de distances est ainsi construite, constituée de 60 sujets réels, et égaleets fictifs dont les réponses centrées réduites ont été tirées aléatoirement. Son analyse (effectuée

de manière similaire à l'analyse menée en section 4.1 : MDS 2D et CAH) fait apparaître trois sujets dont les réponses se rapprochent de réponses aléatoires : il s'agit des sujets 38, 45 et 48.

L'observation de l'écart moyen (moyenne sur tous les sons de l'écart entre la réponse d'un sujet et la moyenne des réponses) permet de confirmer cet éloignement des sujets 38, 45 et

6 présente en effet les écarts moyens les plus importants pour ces trois sujets. Considérés comme peu fiables, ces trois sujets sont écartés de l'analyse.

Figure 4.16. Ecart moyen et écart type associé, par sujet.

5.2. Analyse descriptive

5.2.1. Scores moyens et écarts-types

Les scores de nuisance (moyenne des réponses centrées réduites des 57 sujets retenus) sont représentés en figure 4.17. Cette figure sera reprise dans la section 5.3, complétée de l'information d'appartenance aux familles formées lors du test de catégorisation.

179


Les sources ont été classées par score moyen croissant. Si l'écart type des réponses est grand, l'observation des tendances moyennes permet de dégager une certaine dynamique dans les réponses de

tracés des réponses individuelles, les sujets ne se répartissent pas en des groupes d'avis distinct.

Les sources 22, 35 et 46 (formant quasiment la famille 1) sont particulièrement intéressantes car ce sont des bruits de chute d'eau, perçus comme des bruits "naturels" par certains sujets : "bruit de ruisseau", de "vent", de "pluie", de "mer" (cf. section 4.4.1). Nous avons cherché à savoir si la perception de ces bruits comme un bruit "naturel" était un facteur différenciant pour les réponses de nuisance.

nuisance, que nous tenterons de corréler à des indices acoustiques dans la section suivante.

Les sources d'écart type le plus important, c'est-à-dire les sources 2, 9, 22, 35, 46, 52 et 55, peuvent être considérées comme des sources sur lesquelles les avis diffèrent. Cependant, au vu des

Figure 4.17. Scores moyens (cercles) de nuisance pour les 30 sources.

Les barres représentent les écarts types associés.

Pour ce faire, les sujets ayant noté les trois sons 22, 35 et 46 de manière plutôt positive (score

inférieur à –0,75 ; 5 sujets) et de manière plutôt négative (score supérieur à 0,1 ; 5 sujets) ont été identifiés. Pour ces trois sons, les verbalisations correspondant à ces deux groupes de sujets sont en fai

5.2.2. Liens avec le questionnaire relatif aux facteurs non acoustiques de la gêne

Une classification des sujets peut être effectuée en fonction de leurs réponses au questionnaire posé en fin de test. Il est intéressant d'étudier les liens entre les réponses relatives aux quatre questions posées et les scores de nuisance, afin d'identifier un éventuel facteur influant sur les réponses de nuisance.

A la première question, "Lorsque vous êtes chez vous ou sur votre lieu de travail, êtes-vous gêné par le bruit en général ?", 35% des sujets ont répondu "souvent", 35% ont répondu "parfois",

t très similaires : on retrouve les termes "eau, vent, pluie" avec la même fréquence dans les deux cas. Pour cette expérience, le fait d'associer ou non au bruit une origine "naturelle" dans la première partie du test ne permet donc pas d'expliquer les écarts entre les jugements des sujets dans la deuxième partie du test.

180


et 25% "jamais". Pour l'ensemble de sons, les scores moyens de nuisance de ces trois groupes de sujets ne sont pas significativement différents (analyse MANOVA47 à un facteur (le groupe du suj

se n'est pas pertinente relativement à l'analyse de scores de nuisance moyens (analyse MANOVA à un facteur (le groupe du sujet, 3 niveaux) réali l le résultat de l'ANOVA relative au son 22 est significative à

15 % ts o r tel'ensemble les scores de nuisance mo relat e e ets n t pas signif ffére s s m d res s (an M A à cteur (le groupe du sujet, 2 niveaux) réalisée sous Statistica : F(1,55) = 1,058 ; p Concernant les résultats univariés pour chacun des 30 sons, aucun sign f a l de ).

E n anière générale, est u'une installation industrielle est pour vous synony ger ?", es po ouve 5% foi "ra nt" et 2% "jam . l'ens res oyens correspondants ne sont pas significativem à du sujet, 4 niveaux) réalisée sous Statistica : F( = 0, p > Co ant l ultats

nivariés pour chacun des 30 sons, aucun n'est significatif au seuil de 0,01).

E n ions

et, 3 niveaux) réalisée sous Statistica : F(2,54) = 0,676 ; p > 0,9. Concernant les résultats univariés (analyse ANOVA pour chacun des 30 sons), aucun n'est significatif au seuil de 0,01).

A la deuxième question "Etes-vous sensible au bruit ?", 13% des sujets se sont considérés "peu sensible", pour 58% "assez sensible" et 23% "très sensible". Comme pour la première question, une séparation des sujets en 3 groupes selon cette répon

sée sous Statistica : F(2,54) = 1,442 ; p > 0,09. Concernant les résultats univariés, seup < 0,01 : F(2,54) = 6,360).

des sujedes sons,

nt ensuite décla é habi r à proximité d'une installation industrielle. Pour yens ifs à c group de suj e son

icativement di nts de cores oyens es aut ujets alyse ANOV un fa > 0,4.

n'est ificati u seui 0,01

nfin, à la questio "de m -ce qme de dan 7% d sujets ont ré ndu "s nt", 6 "par s", 22% reme

ais" Pour emble des sons, les sco m de nuisance des 4 groupes de sujets se MANOVA ent différents (analy un facteur (le groupe

3,53) 825 ; 0,8. ncern es résu

n conclusio , pour ce test d'écoute, une classification des sujets selon la réponse aux questposées lors de la f sur la nuisance troisième partie du test n'apparaît comme jouant un rôle significatiexprimée. Rappelons que ces questions étaient relatives à des facteurs non acoustiques liés à la gêne. Relativement au c du "nuisance" pour nos qu att la fo aspect "nuisible" et "nuisant" des bruits (cf. chapitre 1 section 1.3.1), ceci blerait indiquer les sujets cara nu " p qu ractè isa

5.3.

A ne re ta e les ptiv rtie tes oute) tracé des e ( II st te arte à u amille donnée a été codée par une couleur spécifique. La figure 4.18 entaire.

s familles 4 et 5 (sons à tonalités audibles plus aigues).

hoix terme tests, i se rsem

ache à is à l'que

ont évalué le ctère " isible lutôt e le ca re "nu nt".

Liens entre familles de sons similaires et nuisance

fin d'obtenir u présen tion d s famil perce es (pa I du t d'éc sur lescores de nuisanc partie du te d'écou

donne cette inform), l'app nance

ation supplémne f

Première information visible sur cette figure, les sons des familles 2 et 3 (sons basses fréquences, avec ou sans tonalités audibles) présentent des scores moyens de nuisance inférieure aux sons de

47 L'Analyse de Variance Multivariée (MANOVA) est une généralisation de l'ANOVA permettant la prise en compte de plusieurs variables dépendantes (ici, 30 variables dépendantes, correspondant à la nuisance attribuée à chacun des 30 sons du corpus). Le coefficient F indiqué correspond alors au F multivarié [Statsoft 1997].

181


Deuxièmement, des sauts sont visibles dans l'évolution des scores : entre les sources 39 et 13, entre les sources 37 et 49, entre les sources 30 et 4, et entre les sources 31 et 40. Nous avons cherché à savoir si ces écarts étaient significatifs, en effectuant une analyse ANOVA (1 facteur). L'écart entre les scores de la source 39 et de la source 13 est significatif F(1, 112) = 6,4 ; p < 0 pas trouvé d'explication possible à ce saut, mis à part le fait que la source 39 présente des valeurs de sonie très faible (3,9 / 3,6 sones).

,015. Nous n'avons

Figure 4.18. Scores de nuisance obtenus pour les différentes sources dans la deuxième partie du test. Les familles perceptives obtenues dans la première partie du test sont représentées par des codes de couleur

1.

'écart entre les sources 30 et 4 est significatif au seuil de 5 % : F(1, 112) = 4,3 ; p < 0, 04. La nuisance sonore de toutes les sources de la famille 5, ainsi que les sources 17 et 54, est donc significativement plus grande (au seuil de 5%) que celle des autres sources. Pour la famille 5, cette observation est cohérente avec les verbalisations portant un jugement hédonique, désignant les sons

observation des scores de nuisance donc vient confirmer le es stimuli dans la tâche de catégorisation48.

Pour cette famille 5, il faut encore faire une distinction entre les sources 5, 40 et les autres : l'éc

et 40 présentent en effet un nombre de raies au moins deux foi

entuelle de l'aspect tonal des sons sur la nuisance ressentie, ce que nous allons tester dan

(famille 1=noir, 2=orange, 3=bleu, 4=violet, 5=rouge, 6=vert).

L'écart observé entre les sources 37 et 49, indiquant la limite entre les familles 1, 2, 3, 6 et les

familles 4 et 5, n'est pas significatif au seuil de 5% : F(1, 112) = 2,4 ; p > 0,

L

de cette famille comme "agressifs" : l'rôle de l'aspect "agressif" d

art observé entre les sources 31 et 40 est en effet significatif (F(1, 112) = 14, 7 ; p < 0,001). Une raison possible de cet écart est données par l'observation du nombre de raies spectrales de ces sons (cf. tableau 4.11 précédent) : les sons 5

s plus élevé que les autres sources de la famille 5.

A l'observation de la répartition des familles perceptives sur l'échelle de nuisance moyenne, les sons des familles 4 et 5 apparaissent comme les de nuisance la plus élevée : ce résultat indique l'influence év

s la section suivante.

L'influence de l'aspect désagréable des stimuli pour la catégorisation d'odeurs, et dans une moindre mesure

pour la catégorisation de stimuli sonores, a été mis en lumière par Dubois [Dub48

ois 2000].

182


5.4

Nuisance Sonie Acuité Rugosité Fce Fluct. LAeq LCeq-LAeq Tonalité T

. Analyse acoustique

L'écoute des sons dans l'ordre croissant des scores de nuisance n'indique pas d'évolution monotone d'un indicateur acoustique particulier. Une étude de corrélation entre score moyen de nuisance et indicateurs acoustiques usuels (cf. tableaux 4.14 et 4.15) n'indique aucune relation forte, les coefficients de corrélation les plus élevés étant de l'ordre de 0,5 (tonalité T, voies gauche et droite, sonie voie droite).

Tableau 4.14. Matrice de corrélation entre nuisance et indicateurs acoustiques usuels, voie gauche. Les coefficients de corrélation r indiqués en gras correspondent à des seuils p < 0,01.

Nuisance 1,00 0,32 -0,05 0,11 -0,13 0,39 -0,30 0,51 S 9 0,11 onie (sones) 0,32 1,00 0,29 -0,33 -0,22 0,55 -0,4

A -0,65 -0,30 cuité (acum) -0,05 0,29 1,00 -0,10 -0,29 -0,34Ru -0,18 gosité (asper) 0,11 -0,33 -0,10 1,00 0,04 -0,46 0,26 Fce Fluct. (vacil) -0,13 -0,22 -0,29 0,04 1,00 0,13 0,04 -0,09

LAeq (dBA) 0,39 0,55 -0,34 -0,46 0,13 1,00 -0,26 0,36 LCeq-LAeq (dB) -0,30 -0,49 -0,65 0,26 0,04 -0,26 1,00 0,20

Tonalité T (T.U.) 0,51 0,11 -0,30 -0,18 -0,09 0,36 0,20 1,00

Tableau 4.15. Matrice de corrélation entre nuisance et indicateurs acoustiques usuels, voie droite.

Les coefficients r indiqués en gras correspondent à des seuils p < 0,01.

Nuisance Sonie Acuité Rugosité Fce Fluct. LAeq LCeq-LAeq Tonalité TNuisance 1,00 0,47 -0,02 0,14 -0,08 0,42 -0,31 0,49

Sonie (sones) 0,47 1,00 0,23 -0,23 -0,23 0,48 -0,42 0,18 Acuité (acum) -0,02 0,23 1,00 0,07 -0,37 -0,42 -0,63 -0,39

Rugosité (asper) 0,14 -0,23 0,07 1,00 -0,18 -0,43 0,19 -0,15 Fce Fluct. (vacil) -0,08 -0,23 -0,37 -0,18 1,00 0,20 0,02 -0,09

LAeq (dBA) 0,42 0,48 -0,42 -0,43 0,20 1,00 -0,20 0,41 LCeq-LAeq (dB) -0,31 -0,42 -0,63 0,19 0,02 -0,20 1,00 0,31

Tonalité T (T.U.) 0,49 0,18 -0,39 -0,15 -0,09 0,41 0,31 1,00

Les indicateurs usuels testés ici ne permettent donc pas d'expliquer la dynamique des scores de nuisance.

En revanche, l'observation des diagrammes de densité de sonie (cf. figures de la section 4.5) permet d'établir une tendance générale d'évolution du spectre quand la nuisance augmente : les spectres sont d'abord caractérisés par un fort niveau en basses fréquences (exemple : sources 39, 13, 42, 52). Puis l'on voit apparaître des pics dans les diagrammes de densité de sonie, d'abord entre

183


3 et 10 Barks, puis sur les bandes supérieures. Ces observations se rapportent à des caractéristiques des bruits déjà identifiées lors de l’analyse acoustique des familles (section 4.5).

5.5. Conclusions

L’analyse des réponses de nuisance montre une dynamique que la seule utilisation des indicateurs usuels (LAeq, LCeq-LAeq, sonie, acuité, rugosité, force de fluctuation, tonalité T) ne permet pas d’expliquer. Une analyse en lien avec les familles formées lors de la première partie du test montre que les familles 4 et 5 sont jugées de nuisance plus élevée que les autres familles. Ceci peut s'expliquer par l'aspect tonal des sons de ces deux familles. Nous retrouvons (logiquement) la famille 5 des sons "agressifs" dans les sommets de l'échelle de nuisance. Néanmoins, le classement de l'ensemble des stimuli sur l'échelle de nuisance n'est pas à proprement parler un classement des familles. Les scores de nuisance ne sont donc pas uniquement expliqués par l'appartenance aux familles.

L'explication des scores de nuisance n'est ici pas possible par l'utilisation séparée de l'appartenance aux familles (partie I du test), ou des indices acoustiques usuels. Une meilleure utilisation de ces informations reste à définir.

Aucun des quatre facteurs reliés aux questions posées dans le questionnaire de fin de test (sensibilité au bruit, crainte que les activité industrielles sources du bruit sont dangereuses, attitude envers la source du bruit, exposition au bruit au domicile ou sur le lieu de travail) n'apparaît comme jouant un rôle significatif sur la nuisance dans le cadre de cette expérience.

6. Synthèse

Le test de catégorisation mené sur un corpus de 30 bruits de sources industrielles a permis de définir 6 familles perceptives. La première famille rassemble les sources de type aéroréfrigérant, souvent décrits comme "bruits d'eau".

La deuxième famille rassemble des sources de type fonctionnel varié, les sources de cette famille étant décrites comme des "grosses souffleries", ou, lorsque la question posée par l'expérimentateur amenait plus spécifiquement une description du son, comme des sons "basses fréquences".

La troisième famille rassemble les transformateurs ventilés (type "ELEC"), décrits comme une "soufflerie", un "moteur" ou une source "qui tourne", et concernant la description du son en lui-même, comme un "bruit sourd", un "ronronnement" ou un "ronflement".

La quatrième famille rassemble des sources de type fonctionnel varié, décrites comme des "machines tournantes", et caractérisées à l'écoute par leur aspect tonal.

184

6. Synthèse

La cinquième famille rassemble des également des sources de type fonctionnel varié, que les sujets ont rapproché du "marteau-piqueur" ou de la "scie sauteuse", vraisemblablement en raison de l'aspect désagréable du son. Les termes "agressifs" et "stressants" sont utilisés pour décrire les sons de cette famille. Il semble donc que le caractère désagréable des stimuli ait joué un rôle pour la catégorisation des différents stimuli ; ceci est à rapprocher des résultats présentés par Dubois [Dubois 2000] relatifs à l'influence du caractère désagréable pour la catégorisation d'odeurs (par la formation de catégories de "mauvaises odeurs"). Dubois évoquait la possible application de cerésultat au domaine auditif.

Enfin, la sixième famille rassemble 3 sons jugés peu caractéristiques, n'ayant pas de liens fortsavec les autres familles.

Si l'on s'intéresse à la répartition des types fopouvons remarquer que pour toutes les sources uti

- toutes les sources de type "EAU-chute" forment la famille perceptive 1 ; - tous les transformateurs ventilés forment la famille perceptive 3 ; - toutes les sources de type "EAU-pompe" sont dans la famille perceptive 4.

nctionnels dans les catégories perceptives, nous lisées dans le test :

Pour les sources de type "EAU-chute", les transformateurs ventilés, et dans une moindre mesure pour les sources de type "EAU-pompe", la notion de type fonctionnel est donc perceptivment pertinente.

Les verbalisations associées à la famille 1 (aéroréfrigérants) montrent que pour cette famille, les sujets reconnaissent majoritairement l'origine du bruit (chute d'eau, bruit d'eau). Les sources des autres familles sont nettement moins bien reconnues. Les sources de type aéroréfrigérant apparaissent donc comme des sources bien spécifiques et à l'identité forte, parmi l'ensemble des sources incluses dans le test.

Lors de l'analyse acoustique des familles formées, nous avons retrouvé des caractéristiques déjà identifiées dans la littérature (cf. chapitre 1) : l'aspect basses fréquences, et le caractère tonal des sons. Les verbalisations des sujets en termes de propriétés physiques du son sont cohérentes avec l'analyse acoustique.

L'analyse de la deuxième partie du test, relative à la nuisance des stimuli, a montré une dynamique nette entre les différents stimuli, malgré une dispersion importante des réponses. Le classement des stimuli sur l'échelle de nuisance n'est pas à proprement parler une classification des familles obtenues lors de la première partie du test : néanmoins, les familles 4 et 5 apparaissent de nu

raît nécessaire.

isance plus importante que les autres familles. Pour la famille 5, l'information du nombre de raies spectrales semble expliquer le fait que la nuisance des sources 40 et 5 soit significativement plus élevée.

Une analyse de corrélation, guidée par une écoute attentive des sons, n'a permis d'établir aucune corrélation forte entre les notes moyennes de nuisance et les indicateurs acoustiques testés. La seule utilisation des indices acoustiques usuels ne permet donc pas d'expliquer la dynamique des scores de nuisance.

En conclusion, une meilleure utilisation des informations liées aux familles et des indices (psycho)acoustiques caractérisant les différents stimuli pa

185

Conclusion générale

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse visaient à améliorer les connaissances sur la per

méthode de création de stimuli sonores a été développée, basée sur le filtrage d'enregistrements réels. Le filtrage permet de représenter l'atténuation due à la propagation du son entre le point d'enregistrement (proche de la source afin de s'affranchir des bruits provenant d'autres sources) et un point d'écoute virtuel, plus éloigné de la source de bruit. En pratique, le gain du filtre a été calculé à l'aide d'un logiciel d'acoustique prévisionnelle développé par EDF R&D, basé sur la norme ISO 9613 [ISO 1996]. Le logiciel a imposé l'utilisation d'une résolution fréquentielle 1/3 octave. Le choix des valeurs des paramètres de calcul de ce logiciel a été déterminé par une étude combinant analyse physique et évaluation subjective, pour un cas-test de propagation simple : propagation au dessus d'un sol herbeux plan, en conditions favorables (réfraction atmosphérique vers le bas), sur une distance de 100 m.

bruits industriels per

s : une analyse des verbalisations associées à ces

ception des sources de bruit industriel, dans le cadre de l'étude de leur impact environnemental. Pour ce faire, nous avons effectué des tests d'écoute en laboratoire pour comparer différentes sources de bruit permanent stable, en adoptant une approche environnementale : la volonté étant d'étudier les différentes sources de bruit telles qu'elles seraient perçues dans l'environnement. Ceci nécessite de prendre en compte les phénomènes de propagation acoustique qui font qu'une source de bruit est perçue différemment si l'auditeur est plus ou moins proche de celle-ci.

Une

Afin d'établir une première typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent stable, nous avons mis en place un test d'écoute pour une unique situation de propagation : distance source / point d'écoute de 250 m, sol herbeux plan (résistivité 200 kNsm-4), conditions favorables. Dans ce test, nous avons appliqué la méthode de catégorisation libre sur 30

manents stables sélectionnés dans une base de données précédemment constituée (notre "sonothèque" de bruits industriels). L'analyse des catégories formées par les différents sujets a permis d'identifier des familles perceptives de source

familles et une analyse acoustique ont permis de les caractériser. La nuisance relative des différentes sources catégorisées a également été évaluée.

187


Résultats

Le premier résultat notable de ces travaux est la constitution d'une sonothèque de 68 sources de bruit industriel (dont 55 sources permanentes stables). Pour chacune des sources, le choix du point d'enregistrement a été effectué selon un protocole visant au respect des conditions de champ lointain, ainsi qu'à un bon positionnement par rapport aux surfaces réfléchissantes (selon la norme NFS 31-010 [AFNOR 1996]). Les conditions pratiques de champ lointain ont été respectées dans 80 % des cas. Dans les 20% restants, nous trouvons trois cas de figures :

la source est une tour aéroréfrigérante (8 cas), dont les dimensions - imposent une distance source / récepteur supérieure à 100 m. À ces distances, le bruit résiduel était trop important et il a donc fallu se rapprocher de la source ;

- la source était proche d’autres sources de bruit (dans 4 cas, un bon enregistrement

e d

impliquait de se rapprocher de la source) ; - il n’était physiquement pas possible de s’éloigner de la source (1 cas).

Cette sonothèque rassemble toutes les données nécessaires à la modélisation des sources dans le logiciel Tympan utilisé pour le calcul des filtres (hauteur et dimensions de la source, distance source / point d'enregistrement, type de sol, parois environnantes, niveau de pression équivalent, etc.), et peut donc servir de base pour la constitution d'un corpus de sons à étudier.

L euxième résultat important est l'établissement d'une méthode de filtrage permettant de créer

des stimuli sonores adaptés à l'étude de l'impact environnemental des sources de bruit mment enregistrées. Cette méthode permet de prendre en compte l'atténuation entre le point strement et un point d'écoute (virtuel) : le gain du filtre est calculé, en tiers d'octave, à l'aide

précéded'enregidu gicpro aga

Pourune dismesurésquadrat érents trajets pris en compte entre source et point d'écoute) permet d'estimer le niv

lo iel Tympan (logiciel d'acoustique prévisionnelle par calcul de trajets). Les phénomènes de p tion représentés sont : - la divergence géométrique (selon ISO 9613 [ISO 1996]) ; - l'atténuation atmosphérique (selon ISO 9613 [ISO 1996]) ; - l'effet de sol (modèle d'impédance de sol de Delany et Bazley [Delany 1970]) ; - la réflexion sur les bâtiments (méthode source-image, similaire mais non identique à

ISO 9613) ; ]). - la propagation en conditions favorables (selon ISO 9613 [ISO 1996

6 configurations simples de propagation sans obstacle au-dessus d’un sol herbeux plan, sur tance de 100 m, en conditions favorables, une comparaison des niveaux sonores de sons et filtrés a montré que l'utilisation du mode énergétique (sommation des pressions

iques des diffeau de pression équivalent mesuré avec une précision de l'ordre de 3 dB(A). En termes de

gabarit spectral, une double comparaison physique et perceptive a permis de définir le paramétrage optimal pour le calcul du gabarit 1/3 octave du filtre : le calcul en mode interférences (sommation des pressions des différents trajets). La prise en compte des modulations spectrales dues aux interférences entre le trajet direct et les trajets réfléchis (par le sol notamment) est apparue nécessaire afin d'obtenir une bonne ressemblance entre des sons créés par filtrage avec des sons issus de mesures sur site.

188


Lors de la comparaison entre le son enregistré à 100 m, et le son créé à 100 m à l'aide des atténuations mesurées sur site, ces deux sons ont été systématiquement jugés très différents. Deux raisons ont été avancées : premièrement, pour chacune des séries de stimuli, le son enregistré à 100 m était le seul son non issu de l'enregistrement à proximité de la source. Deuxièmement, la résolution 1/3 octave utilisée pour le filtrage est insuffisante pour représenter convenablement les termes d’atténuation lorsque ceux-ci présentent des pics ou des creux de largeur inférieure au tiers d'octave. C'est le cas pour la source utilisée dans notre cas-test. Pour des sources industrielles étendues, enregistrées selon le protocole relatif à notre sonothèque, les spectres en bandes fines me

c des mesures en conditions favorables disponibles dans la littérature [Parkin 1965] vient corroborer le choix du calcul en interférences pour le calcul des gabarits des filtres, suggérant la possible utilisation de notre méthode pour la création de stim centaines de mètres. Mais aucune validation perceptive n'a pu être effectuée pour des distances supérieures à 100 m.

Suite à cette étape méthodologique, un test d'écoute mettant en œuvre 30 bruits permanents stables de sources industrielles a été réalisé. Les stimuli sonores créés étaient représentatifs d'un point d’écoute situé à 250 m des sources, pour une propagation en conditions favorables (réfraction atmosphérique vers le bas) au dessus d'un sol herbeux plan ; une étape d'égalisation a permis de minimiser l'influence du niveau d'intensité, qui n'était pas un aspect que nous désirions étudier. Ce test a conduit à l'établissement d'une typologie perceptive des sources de bruit industriel permanent

surées au point d'enregistrement ne présentent pas de figures d’interférences de résolution plus fine que le 1/3 octave. Un meilleur rendu est donc attendu pour ces sources que pour la source utilisée dans notre cas-test, mais ceci n'a pas été vérifié en pratique.

Une comparaison physique des calculs ave

uli sonores pour des distances de plusieurs

stable.

La première partie du test, relative à la catégorisation libre des 30 stimuli sonores, a permis de définir 6 familles perceptives. Nous avons pour ce faire utilisé des techniques de classification ascendante hiérarchique (CAH). Deux familles ont été formées par des sources d'un seul type fonctionnel (famille 1 : aéroréfrigérants ; famille 3 : transformateurs ventilés). Ces types fonctionnels sont donc perceptivement pertinents. Le type fonctionnel "EAU-pompe" apparaît également perceptivement pertinent, car toutes les sources de ce type ont été rassemblées dans une même famille (famille 4). Enfin, une famille (la famille 5) correspond à une catégorie de bruits jugés "agressifs, stressants" : il semblerait que cet aspect ait donc joué un rôle dans la tâche de catégorisation.

Si les sources de type aéroréfrigérants (famille 1) sont bien décrites comme des chutes d'eau, montrant que les sources sont bien identifiées, les verbalisations associées aux autres familles montrent que les sources industrielles sont en revanche difficilement identifiées.

L'analyse acoustique des sons a mis en avant le caractère basses fréquences des familles 2 et 3, et le caractère tonal des familles 3, 4 et 5 ; cette analyse est cohérente avec les verbalisations relevées concernant la description physique des sons.

La deuxième partie du test d'écoute a permis d'évaluer la nuisance sonore relative des 30 stimuli du corpus. L'analyse a montré une dynamique nette entre les différents stimuli, malgré une dispersion importante des réponses. Le classement des stimuli sur l'échelle de nuisance n'est pas à

189


proprement parler une classification des familles obtenues lors de la première partie du test : néanmoins, on observe que les scores de nuisance des stimuli formant les familles 4 et 5 sont les plus élevés. Une analyse de corrélation, guidée par une écoute attentive des sons, n'a permis d'établir aucune corrélation forte entre les notes moyennes de nuisance et les indicateurs acoustiques testés (sonie, LAeq, LCeq-LAeq, acuité, rugosité, force de fluctuation, tonalité). La seule utilisation des indicateurs acoustiques usuels ne permet donc pas d'expliquer la dynamique des scores de nuisance. Une meilleure utilisation des informations liées aux familles et des indices (psycho)acoustiques caractérisant les différents stimuli paraît nécessaire.

Perspectives et applications

Ces travaux ne constituent que la première étape d'un projet de recherche (2006-2008) mené par EDF R&D et l'Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat, financé par l’Agence Française de Sécurité Sanitaire de l’Environnement et du Travail (AFSSET), et visant à établir des indicateurs caractéristiques de l'impact environnemental des sources de bruit industriel en termes de nuisance. Les perspectives sont nombreuses ; notons que certaines d'entre elles ont été abordées au cours du stage de Master de Marion Alayrac [Alayrac 2006]. Nous présentons ci-dessous les perspectives principales :

- étudier de manière plus approfondie la typologie perceptive que nous avons établie dans nos travaux. Il est d'abord nécessaire d'améliorer la caractérisation de certaines familles. Il serait également souhaitable de tester l'influence de la distance à la source et de l'environnement (conditions météorologiques, type de sol, etc.) sur la stabilité des familles formées ;

- étudier des sources non retenues dans cette étude, comme les sources de bruit fluctuant, et les sources émettant un bruit à caractère impulsionnel ;

- développer des indicateurs de nuisance pour certaines familles de sources [Alayrac 2006]. Tester le critère réglementaire français d'émergence [Ministère de l'Environnement 1997] ;

- tester l'influence des caractéristiques acoustiques, mais aussi des paramètres de propagation, tels que distance, conditions météorologiques ou type de sol, sur la validité de ces futurs indicateurs, et permettre ainsi de définir des domaines d'applicabilité ;

- valider ces résultats obtenus en laboratoire par des études in situ ; - s'intéresser à l'aspect "multi-exposition" [AFSSE 2004] : un site industriel est généralement

constitué d'un nombre important de sources acoustiques. Il serait nécessaire de confronter la nuisance globale aux différents indicateurs développés pour des sources considérées séparément.

En termes de développements méthodologiques, signalons l'intégration en cours de nouvelles méthodes de calcul dans le logiciel Tympan, logiciel que nous avons utilisé pour la création de filtres représentant l'influence de la propagation. Ces méthodes, issues du projet européen Imagine [Imagine 2004], permettent notamment la prise en compte de certains phénomène de turbulence49. Il serait intéressant d'évaluer l'apport de ces méthodes par rapport à la méthode actuellement retenue, concernant la similarité entre spectres d'atténuation calculés et mesurés.

49 Ces phénomènes sont succinctement détaillés en Annexe B.

190


En termes d'applications, ces travaux peuvent permettre d'aider à la prise de décision lorsd'études de mise en conformité acoustique de sites industriels : celle-ci s'effectue souvent suivant laseule logique du moindre coût. Les sources traitées ne sont pas forcément les sources provoquant laplus forte nuisance pour les rivgênantes. L’information "à nitype x que pour les sources de type y" permet potentiellement de trouver un meilleur compromisentre coût d’insonorisation (pour l’industriel) et nuisance ressentie (par les riverains), dans le cadrede la réglementation en vigueur.

ans des logiciels d'acoustique prévisionnelle et de pouvoir prendre en compte les aspects liés à l'impact environnemental en termes de nuisance

erains ; ce sont peut être même les sources perçues comme les moins veau similaire, la nuisance est plus importante pour les sources de

A plus long terme, le développement d'indicateurs de nuisance relatifs aux sources de bruit industriel permettra d'envisager leur intégration d

sonore, dès le stade de la conception des sites.

191

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Annexe A

Annexe A Mono-sources de bruit industriel permanent stable

N° Type fonctionnel Source Directivité associée 1 ELEC Transfo omnidirectionnelle 2 ELEC Transfo omnidirectionnelle 3 GAZ - soupape/bouche Bouche vtl piston rectangulaire dans un plan infini 4 ELEC turbine inconnue 5 ELEC Transfo omnidirectionnelle 6 GAZ - tuyauterie conduit vtl toit sdm inconnue 7 EAU - chute station épuration inconnue 8 SALLE DES MACHINES sdm+convoyeur omnidirectionnelle 9 GAZ - ventilateur vtl stockage ventilation 10 GAZ - soupape/bouche vtl toit sdm2 ventilation 11 GAZ - ventilateur vtl tirage ventilation 12 EAU - pompe station pompage inconnue 13 COMBUSTION bloc diesel piston rectangulaire dans un plan infini 14 SALLE DES MACHINES sdm par porte piston rectangulaire dans un plan infini 15 ELEC TP tr2 omnidirectionnelle 16 SALLE DES MACHINES SdM tr1 piston rectangulaire dans un plan infini 17 EAU - pompe motopompe omnidirectionnelle 18 EAU - pompe motopompe2 omnidirectionnelle 19 GAZ - soupape/bouche bouche aération + prise air diesel piston rectangulaire dans un plan infini 20 SALLE DES MACHINES sdm par vtl toit ventilation 21 SALLE DES MACHINES sdm par porte piston rectangulaire dans un plan infini 22 EAU - chute aero tr1 inconnue 23 GAZ - ventilateur vtl toit bâtiment administratif ventilation 24 GAZ - tuyauterie BR et BAN (Bat. Réacteur/ Nucléaire) inconnue 25 ELEC TP tr2 omnidirectionnelle 26 SALLE DES MACHINES vtl sdm tr2 piston rectangulaire dans un plan infini 27 SALLE DES MACHINES vtl sdm tr2 deuxième tube circulaire non encastré 28 ELEC Transfo aux tr 23 omnidirectionnelle 29 SALLE DES MACHINES bouche vtl ban tr4 piston rectangulaire dans un plan infini 30 EAU - pompe pompes CRF omnidirectionnelle 31 COMBUSTION moteurs EAS inconnue 32 GAZ - soupape/bouche Bouche extraction moteurs EAS ventilation 33 GAZ - ventilateur vtl clim bât maintenance tr4 ventilation 34 EAU - chute aéro inconnue 35 EAU - chute aéro inconnue 36 SALLE DES MACHINES bâtiment chaudière T4 inconnue 37 SALLE DES MACHINES bâtiment chaudière T4 2e face inconnue 38 ELEC moteur électrique (cendres) inconnue 39 ELEC transfo T4 omnidirectionnelle 40 SALLE DES MACHINES sdm par porte piston rectangulaire dans un plan infini 42 GAZ - soupape/bouche cheminée de combustion T4 cheminée chaude 43 GAZ - ventilateur vtl d'un bloc compresseur ventilation 44 GAZ - soupape/bouche bouche d'aération tube circulaire non encastré 45 GAZ - soupape/bouche cheminée BAN tr3 inconnue 46 EAU - chute aéro tr4 inconnue 47 GAZ - soupape/bouche échappement CET tube circulaire non encastré 48 GAZ - soupape/bouche bouche aération AMI tube circulaire non encastré 49 EAU - pompe pompes par vtl piston rectangulaire dans un plan infini 50 SALLE DES MACHINES bouche vtl près SEN (pompage) piston rectangulaire dans un plan infini 51 EAU - chute aéro sur pied inconnue 52 GAZ - ventilateur vtl SEC ventilation 53 ELEC TP tr1 omnidirectionnelle 54 GAZ - soupape/bouche CET (circuit échappement) tube circulaire non encastré 55 GAZ - tuyauterie pince vapeur par bardage inconnue 56 EAU - chute aéro côté bardage 3 inconnue

207

Annexe B

Annexe B Approche physique de la propagation acoustique

B.

Dans le cas d’une source ponctuelle S omnidirectionnelle, rayonnant en champ libre dans un space homogène sans pertes, les ondes se propagent suivant des surfaces sphériques sem

pro

r S à une distance radiale r, à la puissance acoustique W de la source, par la relation :

1. Propagation en champ libre en milieu homogène sans pertes

B.1.1. Rayonnement d’une source ponctuelle

e blant venir du centre acoustique S [Léwy 2001]. Selon cette même référence, dans le cas d’une onde

sphérique, l’intensité acoustique s’écrit uniquement en fonction de l’impédance acoustique ρc et de la pression efficace peff. On peut alors relier la pression efficace peff(r) rayonnée pa

²4)²(

rW

crpeff

πρ= (B.1)

En termes de niveau de pression acoustique (noté Lp), l’équation précédente s’écrit :

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+−= 2

04log10log20

p

cWrLL ref

Wp π

ρ (B.2)

avec : Lp = 20 log (peff / p0 ) ; LW = 10 log (W / Wref ) ; Wref = puissance acoustique de référence = 10-12 W ; p0 = pression acoustique de référence = 2.10-5 Pa.

Pour une valeur d’impédance de référence ρc= 400 Pa.s.m-1, la constante vaut -11 dB. Dans ce cas, on obtient :

)(11log20 dBrLL Wp −−= (B.

inue donc quand la distance

3)

Le niveau de pression acoustique dim r augmente : c’est le phénomène de divergence géométrique, dû à la décroissance de la pression en 1/r pour une onde sph

B.1 ectionnelle en champ lointain

intain, l'évolution du niveau de pression est donné par l'équation précédente à laquelle il faut ajouter un terme pour tenir compte des variations spa uences donnée, indicée i, on peut caractériser la directivité d’une source ponctuelle S en comparant son niveau de pression en un

érique. On notera Ageom = 20 log r.

.2. Rayonnement d’une source dir

Pour une source directionnelle en champ lo

tiales du rayonnement de la source. Pour une bande de fréq

208

Annexe B

po irectionnelle placée en S et de puissance identique [Beranek 1954]. On définit ainsi l’indice de directivité DIi(SR) :

(B.4)

avec : Lp(R)i = niveau de pression sur la bande de fréquences i de la source directionnelle S ; Lp,omni(R)i = niveau de pression sur la bande de fréquences i d’une source ponctuelle

omnidirectionnelle de même puissance.

L’indice de directivité DIi(SR) est donc fonction des coordonnées angulaires du point R, et de la fréquence. Pour une source omnidirectionnelle, DIi(SR) =0. Pour une source hémisphérique, DIi(SR) =3 dB.

i

int R au niveau de pression produit au même point par une source ponctuelle omnid

iomnip

ip

i RLRLSRDI )()()( ,−=

Si l’on note r la distance RS, nous obtenons l’expression de Lp(R) en combinant les Equations B.3 et B.4 :

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡++−= 2

0

4log)(log20)(

p

cWSRDIrLRL refii

Wi

p π

ρ

Dans le cas réel, la propagation du son dévie du modèle en milieu infini, homogène et sans pertes, en raison des phénomènes suivants :

- l’absorption atmosphérique (dissipation de l’énergie acoustique dans l’air) ; - la réflexion des ondes sonores sur le sol ou d’autres surfaces (bâtiments) ; - la diffraction due à la présence d’obstacles (bâtiments, relief du terrain) ;

moyenne du milieu atmosphérique ; turbulences dues aux fluctuations micro-météorologiques.

nde sonore est dissipée dans l’atmosphère en raison de deux principaux pro

ent de son équilibre après une sollicitation extérieure : une partie de

10 (B.5)

B.2. Propagation dans le cas réel

- la réfraction due à l’hétérogénéité- les

Nous allons dans les sous-sections suivantes présenter ces différents phénomènes, et inclure dans l’Equation B.5 les termes les représentant.

B.2.1. Absorption atmosphérique

L’énergie de l’ocessus dissipatifs qui apparaissent dans les fluides simples tels que les gaz constitutifs de l’air.

Le premier processus, appelé absorption classique, est une dissipation thermique d'une partie de l'énergie de l'onde acoustique. Cette dissipation est liée aux forces de viscosité créées par mouvement relatif d’une couche de fluide par rapport aux couches voisines.

Le second processus, appelé relaxation moléculaire, est une conséquence du retard que prend le milieu fluide à l’établissem

209

Annexe B

l'énténuation atmosphérique [Léwy 2001].

de l’humidité de l’air. Il s’exprime en fonction de l’absorption classique µc et de l’absorption moléculaire µm [Léwy 2001] :

(B.7)

éel provient du fait que

éfléchie en M ; Q le coefficient de réflexion complexe du sol ; ∆r la différence de marche entre les deux trajets (∆r = r1-r2) ; A = constante.

S r

ergie acoustique provoque une vibration et une rotation des molécules de gaz. La relaxation moléculaire est le principal mécanisme d’at

Selon Léwy [Léwy 2001], on peut admettre que la variation relative du niveau de pression sur une bande de tiers d’octave (notée ∆Lp

i) due à l’absorption atmosphérique est proportionnelle à la variation de distance parcourue :

rL iip α−=∆ (B.6)

où αi est le coefficient d’atténuation atmosphérique, généralement exprimé en dB/100m. Il dépend de la fréquence de l’onde, de la température et

)100/()(434 mdBim

ic

i µµα +=

Ce phénomène d’absorption a été intensivement étudié. Les valeurs de αi sont maintenant tabulées par bandes de tiers d’octave dans la norme ISO 9613-2 [ISO 1996], pour les conditions usuelles de température et d’humidité relative (20°C et 70% d’humidité relative).

B.2.2. Réflexion des ondes sur le sol et les bâtiments

Après le phénomène d’absorption atmosphérique, la deuxième différence entre le cas théorique de la propagation en champ libre dans un milieu homogène sans perte et le cas r

le milieu est limité par une paroi plus ou moins réfléchissante : le sol. Le comportement de la propagation du son au-dessus d’un sol plan d’impédance finie peut être décrit par analogie avec la théorie des ondes électromagnétiques. Considérons une source ponctuelle S et un point de réception

situés au-dessus d’un sol plan (Figure B.1). M

1

Figure B.1. Schéma de principe de la réflexion d’une onde acoustique sur le sol, avec une incidence θ. Au point M, situé à une distance d de la source S, arrivent l’onde directe (qui parcourt une distance r1)

et l’onde réfléchie (qui parcourt une distance r2).

M

r2 θi

d

hS hM

θr

Au point de réception M, les ondes directes et réfléchies interfèrent de manière constructive ou

destructive, en fonction de leurs amplitudes et phases relatives.

Nous noterons : p1(M) la pression de l’onde directe en M ; p2(M) la pression de l’onde r

210

Annexe B

L’expression du niveau de pression L au point M s’obtient en additionnant p et p :

1 2

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

+=

+=

∆

∆−

−

2

2

1

0

0

2

1

21

21

1²2²log10

log20

12

)(

.

)()()(

1

2

rik

eff

rikikreff

ikr

errQ

rpAL

pL

errQe

rAMp

eQAAMpMpMp

(B.8)

Q est la somme d’un coefficient de réflexion n onde plane Rp et d’un coefficient de réflexion qui rend compte des ondes de surface [Rudnick 1947] :

−)( 1ikr

re

rMp

1

p

²1

e

FRRQ pp ).1( −+= (B.9)

ù F est une fonction complexe représentant l’amplitude de l’onde de surface ; son calcul est dét

L’expression du coefficient Rp dépend des conditions aux limites (surface). Dans l’hypothèse ’une réaction localisée (les ondes transmises dans le sol se propagent selon la norma

surface), le coefficient Rp s’écrit alors selon l’Equation B.10 [Léwy 2001].

oaillé dans [Rudnick 1947].

d le à la

si Z

avec :

si

p cZ

c

Rρθ

ρθ

+

−=

)sin(

)sin( (B.10)

c= impédance caractéristique de l’air ; Zs= impédance caractéristique du sol. Pour la calculer, le modèle empirique Delany-Bazley

[Delany , terre, etc.). Il es : les paramètres du modèle sont en effet facilement mesurables. Zs s’exprime alors uniquement en fonction de la fréquence de l’onde et de la résistivité du sol (définie comme la résistance spécifique au passage de l’air).

Notons que si F=0, alors Q=Rp, et θi = θr (deuxième loi de Descartes), la réflexion est spéculaire : tout se passe comme si l’onde réfléchie provient d’une source-image localisée, symétrique de la source S par rapport à la surface. En revanche, lorsque F est non nul, il n’est pas possible de représenter la réflexion sur le sol à l’aide d’une source-image localisée, mais plutôt à l’aide d’une source-image floue, dont le maximum de puissance se situe dans l’axe de la réflexion spéculaire [Rudnick 1947].

ρ

1 ps970] peut être utilisé dans cas de sols "végétaux" (sols herbeux, prairies, chamest parfois u sons pratiqutilisé pour des sols plus réfléchissants pour des rai

211

Annexe B

En conclusion, la contribution du sol dépend fortement de la géométrie, de la fréquence de l’o

arrivée d’ondes réfléchies au point M. La réflexion d’une onde sonore sur une paroi d’u

nore. Qu

ntre source et récepteur se fait sans rencontrer d’obstacle. Nous ne prendrons pas en compte le phénomène de diffraction.

B.2.4. Réfraction due à l’hétérogénéité du milieu atmosphérique

Au cours de son trajet dans l’atmosphère, l’onde acoustique rencontre des variations spatiales de température, de masse volumique et de vitesse du vent. Ces hétérogénéités sont dues à l’influence thermique du soleil, à l’action du vent à haute altitude et à la présence de masses d’air froides aux couches supérieures de l’atmosphère. L’onde acoustique se propage donc en milieu inhomogène et se trouve soumise à des phénomènes de réfraction qui faciliteront ou empêcheront la transmission d’énergie acoustique.

Si l’on observe uniquement l’évolution temporelle moyenne (sur une base de quelques minutes) de la température et de la vitesse du vent, on peut caractériser la réfraction moyenne du milieu de propagation par un profil vertical de célérité du son [Léwy 2001].

En notant la célérité du son et la vitesse moyenne du vent, la célérité apparente du son le long d’un rayon sonore s’écrit :

nde, et des propriétés du sol (résistivité).

La présence de bâtiments à proximité de la source S et du récepteur M peut également contribuer à l’

n bâtiment se traite de manière similaire, en remplaçant le coefficient de réflexion du sol par celui de la paroi. Les logiciels d’acoustique prévisionnelle comme Tympan représentent ces réflexions par l’ajout de sources-images localisées, supposant donc que le coefficient de réflexion de la paroi est en onde plane (Q=Rp) [Junker 2004]. Ces sources-images émettent un rayonnement de type similaire à celui de la source S (ondes sphériques).

B.2.3. Diffraction en présence d’obstacles (bâtiments, relief)

Le phénomène de diffraction est dû à la présence d’obstacles sur le trajet de l’onde soand une onde sonore rencontre un obstacle dont la dimension caractéristique l sont de l’ordre de

grandeur de la longueur d’onde λ, les discontinuités (bord d’un écran ou d’une façade, tronc d’arbre, etc.) réémettent l’énergie de l’onde incidente : c’est le phénomène de diffraction. Selon la théorie géométrique de Keller, la direction des rayons diffractés par un bord est déterminée à partir de considérations qui découlent du principe de Fermat50 [Bruneau 1998].

Notons qu'en basses fréquences (lorsque λ >> l), l’amplitude de l’onde diffractée tend vers zéro. En hautes fréquences (lorsque λ << l), la réflexion sur l'obstacle est spéculaire.

Dans le cadre de la thèse, nous nous limiterons à un cas simple pour lequel la propagation e

c U

50 Le principe de Fermat postule que le temps de parcours d'une onde pour joindre deux points A et B fixés est minimal.

212

Annexe B

213

).(2'

'222 UcUccc

ucc

++==

+= (B.11)

En pratique, on peut supposer que c>>U, d’où :

ψsin' Ucc += (B.12)

où ψ est l’angle défini sur la Figure B.2.

Figure B.2. Définition des angles entre célérité du son et vitesse moyenne du vent.

En écrivant la célérité du son c en fonction de la température, on obtient :

ψγ sin' UM

TRc += (B.13)

= masse molaire de l’air.

T et U varient avec l’altitude de sorte que l’on peut obtenir différents profils de célérité

avec : γ = rapport des chaleurs spécifiques ; R = constante des gaz parfaits ; M

apparente, comme le montrent les figures suivantes.

Figure B.3. Effet du gradient vertical de température sur la propagation des rayons sonores.

Les parties hachurées représentent les zones d’ombre. Un gradient positif de température correspond à une augmentation de la célérité avec l’altitude.

U

z

x

'c

c ψ

Annexe B

Figure B.4. Effet du gradient vertical de la vitesse du vent sur la propagation.

Les parties hachurées représentent les zones d’ombre.

ous placerons en conditions favorables (réfraction vers le bas) en

peut se référer aux travaux de Parkin et Scholes [Parkin 1965], qui ont comparé les atténuations relatives au champ direct dans des conditions homogènes (pas de réfraction, vent nul) et des conditions favorables (réfraction vers le bas, vent de vitesse inférieure à 2 m.s-1), en fonction de la distance à la n . Nous avons repris une partie dehomogènes et mesures en conditions favorables augmente avec la distance source / récepteur : à 100 m, les deux courbes sont comparables, mais l’écart atteint plus de 15 dB entre 200 et 1000 Hz à 1100 m de distance. L’effet de la réfraction atmosphérique augmente donc avec la distance.

La réfraction a pour effet d’augmenter le niveau global au point de réception (car des trajets réfractés viennent s’ajouter à l’onde directe et l’onde réfléchie par le sol), et de modifier le creux

’interférences dû au sol : plus la distance augmente, plus la largeur du creux d’interférences inue. A 1100 m de distance, les mesures de Parkin et Scholes montrent une atténuation quasi

horizontale pour les fréquences supérieures à 500 Hz. Ceci peut s’expliquer par le fait que les ajets réfractés viennent s’ajouter de manière incohérente au point M, ce qui tend à diminuer amplitude des interférences entre l’onde directe et l’onde réfléchie par le sol. Cette perte de

cohérence est en partie due à des phénomènes de turbulence atmosphérique (section suivante).

Dans le cadre de l’étude, nous nant uconsidér ne vitesse moyenne de vent nulle. c’ sera donc uniquement fonction du gradient de

température.

Afin d’illustrer l’influence de la réfraction sur le spectre au point de réception, on

source, pour une conditio de propagation similaire à celle de notre étude (sol herbeux plan) leurs résultats en Figure B.5. L’écart entre mesures en conditions

ddim

trl’

214

Annexe B

100 500 1k 30

20

10

0

-10

Atté

nuat

ion

(dB

lin)

d=100 m

Fréquence (Hz)

mesures en conditions f blmesures en conditions h è

100 500 1k 30

20

10

0

-10

Atté

nuat

ion

(dB

d=200 m

lin)

Fréquence (Hz)

100 500 1k 30

20

10

0

-10

Fréquence (Hz)

Atté

nudB

lin)

d=600 m

100 500 1k 30

-10

10

0

atio

n (

20

Fréquence (Hz)

Atté

nuat

ion

d=1100 m

Figur ions homogènes (pas de réfraction, vent nul) et conditions favorables (gradient de température, vent de vitesse

inférieure à 2 m.s-1). La source est située à 1,8 m du sol, le point de réception à 1,5 m du sol, la résistivité du sol étant de l’ordre de 300 kNsm-4. d est la distance source / récepteur.

B.2.5. Turbulences dues aux fluctuations micro-météorologiques

on précédente, il existe des fluctuations aléatoires et rapides (de l’ordre de la sec

’interférences dans le spectre au point de réception, car celles-ci dépendent des différences de phase entre les trajets.

Il est possible de représenter les fluctuations des grandeurs micro-météorologiques par des variables aléatoires centrées de valeurs moyenne nulle, et d’effectuer des calculs statistiques du niveau de pression résultant, mais pour l’instant, la plupart des logiciels actuels ne prend pas en compte cet aspect « turbulences » . Dans le cadre de la thèse, ces effets de turbulences ne seront pas pris en compte.

(d

B lin

)

e B.5. Atténuation relative au champ direct (en dBlin) pour deux conditions de propagation : condit

Autour des tendances moyennes que modélisent les profils de célérité apparente dont nous parlions dans la secti

onde) de la température et de la vitesse du vent, provoquant des turbulences atmosphériques. Le phénomène de turbulence atmosphérique impose à l’onde sonore des changements aléatoires de trajectoire et de phase. Ceci atténue les franges d

215

Annexe B

B.3. Equation générale

Chacun des effets présentés précédemment peut être pris en compte par l’ajout d’un terme d’atténuation Ai

x dans l’Equation B.5. L’Equation de propagation devient alors :

autresi

météoi

diffri

bâtimentsi

soli

atmi

geomii

refiiiW

ip

AAAAAAAA

p

cWSRDIALRL

++++++=

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡++−= 2

04log10)()(

π

ρ (B.14)

avec : Ai

geom = 20 log r ; Ai

atm = α i.r (cf. section B.2.1.) ; Ai

sol+Aibâtiments = atténuation due à la réflexion sur le sol et les bâtiments alentours

(cf. section B.2.2.) ; Ai

diffr = atténuation due à la diffraction par les écrans et arêtes (cf. section B.2.3.) ; Ai

météo = atténuation due aux conditions météorologiques (réfraction et turbulences, cf.. sections B.2.4. et B.2.5.) ;

Aiautres = toutes autres atténuations (végétation, etc.) ;

Notons que mis à part Aigeom, chacune de ces atténuations est fonction de la fréquence de l’onde.

Dans le cadre de l’étude, nous cherchons à représenter un cas de propagation simple, au dessus d’un sol plan, où la source et le point de réception sont en vue directe (pas d’obstacles, pas de végétation, etc.) ; nous ne prendrons donc pas en compte les termes Ai

diffr et Aiautres, relatives à des

cas plus complexes. Concernant Aimétéo,, nous nous placerons en conditions favorables (réfraction

vers le bas). Ces atténuations seront calculées par bandes de tiers d’octave par un logiciel de calcul de propagation : Tympan. Celui-ci est présenté en Annexe D.

216

Annexe C

Annexe C Modèles de directivité pour le calcul de DI(S,R)-DI(S,M)

.1. Tube circulaire non encastré

Le rayonnement de ce type de sources a été étudié par Levine et Schwinger [Levine 1948]. Le comportement de la source dépend du produit ka, avec :

C

cfk /2π= (C.1)

a= rayon du tube

Quand ka<1, le tube se comporte comme une source ponctuelle omnidirectionnelle. Quand , la source devient très directive.

Les résultats représentés sur le diagramme ci dessous sont valables pour ka<3.8. Au delà, la courbe ka=3.8 est une bonne approximation [Junker 2004].

ka>2

10dB

20dB

30dB

40dB

50dB

30°

210°

60°

240°

90°

270°

120°

300°

150°

330°

180° 0°

ka=0.1 − H0=0.0dB

ka=1 − H0=2.7dB

ka=2 − H0=6.9dB

ka=3.8 − H0=12.3dB

Figure C.1. Figures de directivité obtenues pour différentes valeurs de ka, pour les sources

de type cheminée froide ou tube non encastré. Les valeurs de H0 correspondent à l’indice de directivité dans l’axe de la source (angle égal à 0°).

C.

impose une forte réfraction du champ acoustique en sortie de la cheminée. Cela a pour conséquence une augmentation des niveaux près du sol.

2. Cas particulier du tube libre : la cheminée chaude

Dans le cas de cheminées chaudes, le champ de température

217

Annexe C

De manière qualitative, le diagramme précédent se modifie de sorte que les maxima des lobes acent vers 60-90°. Les deux figures suivantes illustrent le phénomène e une fréquence de 125 Hz).

de directivité se dépl(simulation 2D effectué

Figure C.2. Calculs de rayonnement de cheminée [Lafon 1989].

La figure 12 (en haut) montre la répartition des niveaux acoustiques pour une cheminée froide. La figure 13 (en bas) montre la répartition des niveaux acoustiques pour une cheminée chaude.

218

Annexe C

C.3. Piston rectangulaire dans un plan infini

Le

e diagramme de directivité est fonction de la longueur d1, de la largeur d2, et des angles θ1 et θ2 définis sur la figure suivante :

Figure C.3. Définition des angles θ1 et θ2.

a = d /2 a = d /2 f(k,a ,θ ) :

s éléments présentés ici sont tirés de l'ouvrage de L. Beranek [Beranek 1954].

L

θ2

Soient 1 1 et 2 2 . Le diagramme de directivité est décrit par la fonction i i

[ ] [ ]

22

22

11

112211 sin)(

sin)(sin.sin)(

sin)(sin),,,,(θθ

θθθθ

kaka

kakaaakf = (C.2)

La figure C.4 présente les variations d’un des deux termes du produit en fonction de ka et θ :

gure C.4. Variation de sin[ka.sin(θ)] / [ka.sin(θ)] en fonction de ka et θ.

On peut considérer que la source a un comportement omnidirectionnel pour ka<2. Pour ka>5, la source devient très directive (axe suivant la normale à la surface).

Fi

θ1

d1

M

d2

d1

N normale à la surface

M

N

d2

M

N

-30,0

-10,0

0,00

1530

60

75

-20,0

45300

315330

345

285

40 0 90270

ka = 0,1 ka = 1 ka = 2 ka = 5 ka = 10 ka = 20

219

Annexe C

C.4. Ventilation

Des mesures expérimentales [Junker 2004] ont permis d’établir le diagramme suivant :

10dB

20dB

30dB

40dB

50dB

30°

210°

60°

240°

90°

270°

120°

300°

150°

330°

180° 0°

ka=0.1 − H0=0.1dB

ka=1 − H0=5.5dB

ka=2 − H0=10.8dB

ka=5 − H0=6.

ka=10 − H0=5.8dB

6dB

ka=20 − H0=3.7dB

Figure C.5. Figures de directivité obtenues pour différentes valeurs de ka, pour la source de type ventilation.

On observe un maximum de directivité pour ka=2. Les valeurs de H0 correspondent à l’indice de directivité dans l’axe de la source.

220

Annexe D

Annexe D Le logiciel Tympan : principe, modèles, paramètres

D.1. Principe

Tympan est un logiciel de calcul de propagation acoustique qui utilise une méthode source-image (calcul à EDF R&D. C’est un logiciel ), mais restreint au vole

A partir d'un modèle de source (cf. section D.2), un calcul de trajets est effectué, prenant en la source et le point de réception. Tympan

s suivants :

sont effectués pour chaque fréquence centrale s sur toute la bande, pour rendre compte du fait

po octave au po d

Tympan permet de prendre en compte 4 types de sources :

Somnidirectionnelle ou à rayonnement

hém

de trajets basé sur la norme ISO 9613 [ISO 1996]) développé en interne comparable à Mithra (logiciel commercial développé par le CSTB

t bruit industriel.

compte différents phénomènes de propagation entre permet de modéliser les phénomène

- rayonnement des sources ; - absorption atmosphérique ; - effet de sol ; - effet d’écran ; - conditions météorologiques : calcul uniquement en conditions homogènes ou favorables.

n termes de précision fréquentielle, les calculs Edes bandes de tiers d’octave, et sont ensuite lisséque l’ la bande et non concentrée sur la fréquence utilisée énergie acoustique est répartie sur toute

ur le calcul51. Un résultat de calcul Tympan est donc un niveau de pression en tiers d’int e réception.

D.2. Modèles

D.2.1. Sources et directivité associée

urce ponctuelle Ce type de source peut être définie comme oisphérique.

51 Dans Tympan, la pression quadratique p² obtenu par interférences de deux rayons de pression respective p1 et p2 est calculée par la formule suivante : p² = (p1+p2)²=p1²+p2²+2p1.p2. Le double produit est multiplié par un coefficient de lissage qui tient compte de la largeur de bande.

221

Annexe D

So

inir les faces rayonnantes et choisir pour celles-ci la densité de sources par face.

ent d’une portion de la surface totale Σl de la face proportionnelle à l’aire j de la portion de surface q

représente. Si Wl est la puissance acoustique, en Watts, de la face l, alors la puissance wj attribuée à la source Sj est donnée par :

urce étendue de type parallélépipède (boite rayonnante) Ce modèle de source étendue est une distribution de sources ponctuelles incohérentes réparties

sur les faces du parallélépipède définies comme rayonnantes. L’utilisateur peut déf

Chaque source Sj représente le rayonnem l. La puissance qui lui est attribuée est donc s u’elle

ll

j Σj W

sw = (D.1)

uelles est calculée en fonction de leur position sur le volume, des dimensions de celui-ci et de la distance au récepteur. En tenant compte des notations présentées sur la figure D.1, la fonction de directivité dans la direction SjR s’é

La directivité des sources ponct

crit :

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

++

= )cos(4,0

13/2

),,( βka

kaaRS

RSRSkH

j

jj (D.2)

Figure D.1. Présentation des notations pour le calcul de la fonction de directivité d’une source Sj dans la

di ion SjR. O est le centre du parallélépipède. β est l’angle entre la droite OR et la droite passant par Sj de vecteur directeur n, normal à la face rayonnante. a est le rayon de la sphère englobant le parallélépipède.

En champ lointain, et si les 6 faces rayonnent, le parallélépipède se comporte comme un

onopole [Junker 2005b]. Notons que la directivité décrite en équation D.2 est adaptée à simuler l’effet d’encastrement

es sources surfaciques. En effet, le rayonnement d’une face seule le long de la normale à la surface est similaire à celui d’une source ponctuelle hémisphérique qui serait placée au centre de la

norma

rect

m

d

face [Junker 2005b], et le rayonnement d’une face encastrée est quasi hémisphérique dans un plan l à la surface (cf. figure D.2).

222

Annexe D

Figure D.2. Rayonnement d’une face encastrée dans une paroi réfléchissante

(évolution du niveau global (lin) calculé en interférences par Tympan). En bleu foncé, la paroi (vue de dessus), de dimensions 100 m x 100 m.

La face rayonnante (carré de 2m sur 2 m, 5 sources par mètre) est située au centre de la paroi. Le rayonnement relatif à une bande de tiers d’octave quelconque présente la même allure hémisphérique.

Source étendue de type cylindre

Ce modèle de source est, comme le parallélépipède, une distribution de sources ponctuelles incohérentes. Il est possible d densité de sources associée.

’attribution de la puissance de chaque source ponctuelle s’effectue de manière identique au cas du l’équation D.2 en remplaçant a

par d e. Si la hauteur du cylindre est de l’ordre de son diamètre, le cylindre se comporte comme un monopôle en champ lointain.

Source ponctuelle encastrée dans un bâtiment s tre associées à :

e température en sortie de cheminée.

D.2.2. Absorption atmosphérique, effet de sol, bâtiments

Le calcul de l’absorption atmosphérique se fait selon la norme ISO 9613 [ISO 1996]. Tympan utilise des valeurs tabulées du coefficient d’absorption αi.

Le calcul de l’effet de sol utilise le modèle d’Ingard et Rudnick faisant l’hypothèse de nditions aux limites à réaction localisée [Rudnick 1947]. Ce modèle est valide pour une source

ponctuelle, et par extension pour tous les modèles de sources Tympan (distributions de sources ponctuelles).

e choisir les faces qui rayonnent, et laLparallélépipède. La directivité associée à chaque source, est celle de

le iamètre du cylindr

Ce sources peuvent ê- une directivité type « ventilation » (issue de travaux expérimentaux) ; - une directivité type « cheminée » résultant du modèle présenté par Levine et Schwinger

[Levine 1948].

Ces modèles n’ont pas d’intérêt pour l’étude en raison de leur caractère "ponctuel". Notons que le modèle de directivité type « cheminée » n’est pas adapté aux cheminées chaudes, car il ne prend en pas compte l’influence du gradient d

co

223

Annexe D

L e. L’équati lutôt un coefficient d’absorption énergétique noté δ, et défini par l’équation D.3 [Léwy 2001] :

es réflexions sur les parois verticales sont prises en compte par une méthode source-imagon B.9 s’écrit alors : Q=Rp. Pour caractériser les parois dans Tympan, on utilise p

22 11

1

. iira PPPP

p

r

RQ

PP

−=−=

−=i

=−=

δ

δ

δ

(D.3)

avec : Rp = coefficient de réflexion (onde plane) de la paroi ; Pi = puissance de l’onde incidente ; Pr = puissance de l’onde réfléchie ; Pa = puissance absorbée par la paroi.

Remarque : le logiciel Tympan ne prend pas en compte les réflexions multiples sur les parois verticales.

D.2.3. Conditions météorologiques

Tym s pour d : un calcul en milieu homogène (pas de réfraction), et un ca ers le bas). Pour représenter l’effet de la courbure des rayons sonores vers le bas, Tympan ajoute deux réflexions sur le sol (méthode ISO 9613 [ISO 1996].).

DF R&D, cette valeur paraît plus adaptée aux sources industrielles que la valeur de 30 préconisée par la norme ISO 9613). On peut imaginer adapter la valeur de h1 en fonction des con

Figure D.3. en compte. En conditions favorables, les trajets 3 et 4 sont pris en compte si SM > 10 (hS+hM).

Dans Tympan, il est important de remarquer qu’aucune réflexion supplémentaire n’est prise en

compte lorsque la distance SM est inférieure à 10.(hS +hM). Ceci évite de prendre en compte des réflexions supplémentaires qui ne seraient pas situées entre S et M.

pan permet d’effectuer des calcul eux conditions météorologiques typelcul en conditions favorables (réfraction v

Un paramètre h1 définit l’emplacement des réflexions supplémentaires selon la figure D.3 ; dans Tympan, la valeur par défaut de h1 est 10 (selon le retour d’expérience de l’équipe Acoustique d'E

ditions atmosphériques.

Emplacement des réflexions sur le sol. En conditions homogènes, seuls les trajets 1 et 2 sont pris

h1.hS h1.hM

hS

SM

hM

1

2 3

4

224

Annexe D

D.3. Paramètres de calcul

Figure D.4. Paramètres de calcul Tympan.

La fenêtre rassemblant les paramètres de calcul est représentée en figure D.4. La case

« Expansion géométrique » permet de choisir entre les valeurs 4π (rayonnement dans tout l’espace) ou 2π (rayonnement dans un demi-espace)52. La case « Atmosphère » permet de prendre en compte l’atténuation atmosphérique. Les conditions atmosphériques sont définies dans la fenêtre représentée en figure D.5.

Figure D.5. Conditions atmosphériques.

Les calculs sont effectués par défaut avec les paramètres suivants :

- effet de sol : oui ; - atmosphère : valeur par défaut ; - réflexion sur parois verticales : oui ; - expansion géométrique : 4π ; - végétation : non.

La case interférences permet de choisir entre une sommation des trajets en pression ou en énergie. La différence entre ces deux modes de calcul peut s’expliquer à l’aide d’un cas simple, détaillé en figure D.6. Le tableau D.1 compare les résultats obtenus dans les deux cas.

On notera p(R) la pression (complexe) au point R, p0 la pression de référence, Q le coefficient de réflexion du sol, ∆r la différence de marche entre les deux ondes, et L le niveau de pression acoustique en dB. A est une constante. 52Dans notre étude, le paramètre d’expansion géométrique sera constamment égal à 4π. Pour modéliser une source hémisphérique, c’est la directivité de la source en question qu’on fixe comme hémisphérique, sans modifier le paramètre d’expansion géométrique, valable pour toutes les sources d’un modèle Tympan.

225

Annexe D

e d’une source S se réfléchissant sur le sol. Au point R, distant de d, parcourt une distance r1) et l’onde réfléchie (qui parcourt r2).

l en énergie (cas où la phases des ondes n’est pas prise en compte)

Figure D.6. Schéma de principarrivent l’onde directe (qui

Tableau D.1. Principe du calcuou en interférences (cas où la phase des ondes est prise en compte).

Calcul en interférences Calcul en énergie

⎟⎟⎞

⎜⎜⎛

+=

⎟⎠

⎜⎝

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=

+=

∆

∆−

−−

2

1

0

2

1

1

21

1²²2

²log10

12

)(

.)(

1

21

rik

rikikreff

ikrikr

errQ

rpAL

p

errQe

rARp

eQrAe

rARp

⎠⎝ 210

⎟⎞

⎜⎛

= log20 effpL

+= 21 )()()( RpRpRp

interférences

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

⎥⎥⎤

⎢⎡

⎟⎞

⎜⎛

+= 12 1²)( QrARpeff

⎦⎢⎣⎟⎠

⎜⎝

+=

+=

+=

2

2

1

10

2

21

*

21

2

*221

2

22

21

2

1²²2

²log10

²2

²2²

²2²)(

)(21)(

21)(

)()()(

Qrr

rpAL

rr

QQrA

rARp

RppRppRp

RpRpRp

eff

*1

> 1 pas d’interférence

S R

r1

r2 θ

hS hR

d

Enfin, la case « Conditions favorables » permet d’effectuer un calcul prenant en compte deux trajets supplémentaires (cf. figure D.3). Quand la case est activée, on peut alors choisir la valeur du paramètre h1.

En conclusion, entre le choix du calcul en interférences, et le choix du calcul en conditions

homogènes ou favorables, Tympan permet quatre possibilités de calcul, résumées dans le tableau D.2.

226

Annexe D

Tableau D.2.

Conditions homogènes Conditions favorables

Sommation des pressions pi des différentes ondes correspondantes aux trajets de la figure D.6. (Cas simple d'une source ponctuelle en vue directe de la source)

Interférences (p1 + p2)2

(p1 + p2 + p3 + p4)2

Energie p12 + p2

2

p12 + p2

2 + p32 + p4

2

227

Annexe E

Annexe E Méthode de filtrage

ées d’entrée

un fichier .wav stéréophonique, échantillonné à Fe = 48000 Hz.

r i n é t l i filtrer cet enregistrement a f r sf t e u c s y p , a r i g a n t eq r s b ve e r H e 1 , d é n

t e s a e a

6...(E.1

E.1. Donn

Un enregistrement de la sonothèque est stocké sous la forme d’

Pour crée une s tuatio d’ coute vir ue le, l faut . Le g in du ilt e e t dé ini par une ma ric FG iss e de cal ul T m an l p em ère li ne ét nt co sti uée d s fré uences cent ale des andes de tiers d’octa nt e 16 z t 6000 Hz la secon e ta t consti ué de g ins g corr spond nt (en dB) :

16 1 000 ⎥

⎦

⎤⎢⎡

FG = ) ⎣ )01(g)61(g 600

Figure E.1. Exemple de niveau de pression acoustique en tiers d’octave donnés par Tympan (en bleu),

E.2.

e FI est cr r de FG par l ab. Cette

u gaba FG.

et gabarit FG associé (en vert).

Création d’un filtre FIR à phase linéaire

Un filtr R éé à parti a fonction classique fir2 du logiciel Matlfonction réalise la double étape d’interpolation en bandes en bandes fines (résolution 6 Hz) et de transformation de Fourier inverse, afin d’obtenir directement la réponse temporelle du filtre à partir d rit 1/3 octave

228

Annexe E

Afin de pouvoir être utilisée par cette fonction, la matrice FG est complétée d’une valeur à 0 Hz (prise égale à g(16)) et d’une valeur à Fe par interpolation des valeurs entre 16 et 16000 H e bien l’allure d

atrice est ensuite transformée en matrices de fréquences réduites (Fe/2 devient 1). La fonction m

/2 (valeur calculée z. Pour le calcul de cette valeur, l’interpolation ‘pchip’ est utilisée car elle préserve la décroissance de la courbe de gain.

Cette matlab fir2, basée sur une transformée de Fourier inverse, permet alors d’obtenir la

réponse impulsionnelle finie b(k), k=1..n d’un filtre B. Par construction, le filtre B est à réponse impulsionnelle finie (FIR), causal, stable et à phase linéaire.

On choisit n=4096 pour obtenir une réponse en fréquence la plus proche possible du gabarit défini par FG.

E.3. F

Le ffonctio garantie par les propriétés de linéarité de ph d

E.4. V

Le Pour urouge stiers d’ it en tiers d’octave.

es deux sons filtres ont des spectres tiers d’octave identiques, excepté en basses fréquences (f<100 Hz), où le filtrage sous Matlab est plus proche du spectre cible.

iltrage temporel par convolution

ichier .wav est convolué par la réponse impulsionnelle du filtre B (réalisé sous Matlab par la n filter). L’intégrité de la phase du fichier filtré est

ase u filtre B.

alidation

filtrage sous Matlab a été comparé au module filtrage du logiciel PAK (© Mueller-BBM). n bruit blanc et un gabarit donnés, les spectres tiers d’octave des sons obtenus (en bleu et en ur la figure ci-dessous) sont comparés à la cible, qui est la somme du niveau de pression en octave du bruit blanc et du gabar

L

33

36

39

42

45

48

51

54

50 63 80 100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

1250

0

1600

0

frequence (Hz)

Niv

eau

sono

re (d

B li

n)

CIBLE = spectre1/3oct de départ + gabaritdu filtrespectre après filtrage PAK

spectre après filtrage MATLAB

229

Annexe F

Annexe F Chapitre 4 : matrice d'appartenance globale [A]

de fin de test

Matrice [A] La matrice [A] est la somme des matrices individuelles des 58 sujets sélectionnés. En grisé

apparaissent les numéros des sources correspondant à l'Annexe A.

et questionnaire

2 4 5 9 13 14 15 17 22 23 29 30 31 32 33 35 37 39 40 42 43 44 46 47 49 51 52 53 54 552 58 11 19 6 6 5 17 8 0 15 11 7 11 6 6 0 1 11 15 6 5 5 0 5 8 2 5 9 9 4 4 11 58 32 11 0 1 4 16 0 12 10 21 28 3 0 1 3 3 16 0 3 10 0 9 6 1 1 4 20 115 19 32 58 11 1 0 5 12 0 4 7 16 22 4 0 1 1 2 21 0 2 9 0 8 4 0 1 1 11 6 9 6 11 11 58 9 9 10 6 13 12 12 12 11 16 7 12 17 7 8 8 11 12 12 7 13 16 9 5 8 7 13 6 0 1 9 58 39 12 2 16 4 7 0 2 20 39 15 21 21 3 32 36 2 17 3 12 18 33 24 1 2 14 5 1 0 9 39 58 18 0 15 4 8 0 3 20 45 12 18 27 2 42 37 3 13 2 13 16 34 30 1 2 15 17 4 5 10 12 18 58 4 3 11 16 6 3 9 20 2 4 41 1 15 17 9 1 7 19 4 11 37 2 3 17 8 16 12 6 2 0 4 58 0 15 15 32 20 9 1 0 9 0 14 0 3 23 0 26 10 1 2 2 27 2822 0 0 0 13 16 15 3 0 58 1 0 0 2 15 13 50 17 6 1 17 12 1 47 2 5 39 19 4 0 0 23 15 12 4 12 4 4 11 15 1 58 34 16 9 10 5 1 3 6 17 3 5 15 2 22 15 4 3 9 15 1829 11 10 7 12 7 8 16 15 0 34 58 19 7 14 8 0 3 10 12 4 11 18 1 26 20 4 6 14 14 1530 7 21 16 12 0 0 6 32 0 16 19 58 20 7 0 0 7 5 15 0 3 25 1 23 12 2 2 4 20 1631 11 28 22 11 2 3 3 20 2 9 7 20 58 11 2 3 12 1 22 2 6 15 2 11 6 6 2 0 18 1132 6 3 4 16 20 20 9 9 15 10 14 7 11 58 21 13 19 6 4 18 23 13 14 17 17 20 13 7 12 1233 6 0 0 7 39 45 20 1 13 5 8 0 2 21 58 11 19 23 2 40 38 3 11 3 12 13 32 25 1 3 35 0 1 1 12 15 12 2 0 50 1 0 0 3 13 11 58 14 5 0 14 11 0 54 1 4 35 15 3 0 0 37 1 3 1 17 21 18 4 9 17 3 3 7 12 19 19 14 58 8 5 17 25 11 15 10 12 23 21 10 9 6 39 11 3 2 7 21 27 41 0 6 6 10 5 1 6 23 5 8 58 1 24 20 7 5 4 19 10 20 46 0 1 40 15 16 21 8 3 2 1 14 1 17 12 15 22 4 2 0 5 1 58 1 3 10 2 11 7 5 2 2 13 1042 6 0 0 8 32 42 15 0 17 3 4 0 2 18 40 14 17 24 1 58 29 4 15 4 8 14 34 24 0 0 43 5 3 2 11 36 37 17 3 12 5 11 3 6 23 38 11 25 20 3 29 58 8 12 3 16 21 28 21 3 2 44 5 10 9 12 2 3 9 23 1 15 18 25 15 13 3 0 11 7 10 4 8 58 1 33 27 3 2 4 19 1646 0 0 0 12 17 13 1 0 47 2 1 1 2 14 11 54 15 5 2 15 12 1 58 2 3 37 15 4 0 1 47 5 9 8 7 3 2 7 26 2 22 26 23 11 17 3 1 10 4 11 4 3 33 2 58 22 2 1 4 24 2049 8 6 4 13 12 13 19 10 5 15 20 12 6 17 12 4 12 19 7 8 16 27 3 22 58 6 12 21 8 9 51 2 1 0 16 18 16 4 1 39 4 4 2 6 20 13 35 23 10 5 14 21 3 37 2 6 58 22 6 2 3 52 5 1 1 9 33 34 11 2 19 3 6 2 2 13 32 15 21 20 2 34 28 2 15 1 12 22 58 23 1 2 53 9 4 1 5 24 21 6 23 58 2 3 30 37 2 4 9 14 4 0 7 25 3 10 46 2 24 21 4 4 4 54 9 20 11 8 1 1 2 27 0 15 14 20 18 12 1 0 9 0 13 0 3 19 0 24 8 2 1 2 58 3055 4 11 6 7 2 2 3 28 0 18 15 16 11 12 3 0 6 1 10 0 2 16 1 20 9 3 2 3 30 58

ail, êtes-vous gêné par le bruit en général ? souvent parfois rarement jamais

pas du tout sensible peu sensible assez sensible très sensible

ité d'une installation industrielle ? oui non Si oui, laquelle ……….…………………

De manière générale, est-ce qu'une installation industrielle est pour vous synonyme de danger ? souvent parfois rarement jamais

Questionnaire posé en fin de test : - Lorsque vous êtes chez vous ou sur votre lieu de trav

- Etes-vous sensible au bruit ?

- Habitez-vous à proxim

-

230

Annexe G

Annexe G Simulations de Monte-Carlo : matrices [D] et [∆]

Les simulations de Monte-Carlo permettent d'étudier la dimensionnalité d'une matrice de

istance d'ordre p, notée [Dist]. Le principe consiste à créer, à partir de la matrice étudiée, des atrices de distance fictives de dimensionnalité connue (et ce pour plusieurs dimensions), et de mparer l'allure de la décroissance de la contrainte (stress) de ces matrices fictives à celle de la

Faure [Faure 2003]. Nous en détaillons ici le rincipe :

- Les coordonnées des p stimuli soumis aux tests sont choisies aléatoirement avec une distribution uniforme dans un espace à t dimensions (t = 1, 2, 3, 4) ;

- les distances euclidiennes entre ces p stimuli sont calculées et conditionnées sous forme

- pour chaque es de distances sont construites en introduisant des proportions de variance d'erreur err : d* = d ± err×d ;

- l'échelonnement de ces matrices selon plusieurs dimensionnalités permet d'obtenir des courbes de décroissance du stress en fonction de la dimensionnalité, pour chaque dimensionnalité étudiée t, et pour chaque proportion de variance d'erreur err ;

- pour chaque dimensionnalité étudiée t, la courbe de décroissance du stress selon la dimensionnalité pour la matrice [Dist] est comparée au réseau de courbes issues des simulations de Monte Carlo. La dimensionnalité la plus probable de la matrice [Dist] est la valeur de t pour laquelle la courbe correspondant à la matrice [Dist] est la plus proche des courbes issues des simulations.

dmcomatrice étudiée. Cette méthode a été utilisée par p

d'une matrice de distances. Leur échelonnement dans une dimensionnalité donnée égale à test parfait ;

matrice de dimensionnalité vraie égale à t, plusieurs matric

231

Annexe G

Simulations de Monte Carlo pour la matrice [D]

Figure G.1. Simulations de Monte Carlo pour l'étude de la dimensionnalité de la matrice [D]. Le nombre de "vraies" dimensions varie de 1 à 4. Dans aucun des cas, les simulations ("Err") et la courbe "Mesure"

(correspondant à la matrice [D]) ne se comportent de manière similaire.

232

Annexe G

Simulations de monte Carlo pour la matrice [∆]

Figure G.2. Simulations de Monte Carlo pour l'étude de la dimensionnalité de la matrice [∆]. Le nombre de "vraies" dimensions varie de 1 à 4. Dans aucun des cas, les simulations ("Err") et la courbe "Mesure"

(correspondant à la matrice [∆]) ne se comportent de manière similaire. La dimensionnalité de la matrice étudiée est donc peu marquée.

233

Annexe H

Annexe H Dendrogrammes obtenus à l'issue de la catégorisation

H.1. Analyse de la matrice [D] par la méthode des liens moyens pondérés

234

Annexe H

H.2. Analyse par la méthode de Ward de la matrice de dobtenue par MDS (5 dimensions) sur la matrice [D

istances ]

235

Annexe H

H.3. Analyse de la matrice [∆] par la méthode des liens moyens pondérés

236

Annexe H

H.4. Analyse de la matrice [∆

] par la méthode de Ward

237

Annexe H

H. alyse par la méthode de Ward de la matrice obtenue par MDS (3 sur la matrice [∆]

5. Andimensions)

238

Annexe I

Annexe I Indicateurs (psycho)acoustiques utilisés

a sonie (loudness) est définie comme la sensation d’intensité sonore [Zwicker 1999]. La sonie mesure le n 'intensité mesuré en dB. L’unité de sonie est le sone. fréquence 1000 Hz et nivea

Pour les sons stationnaires, le m couramment utilisé est celui de Zwicker et Fastl [Zwicker 1999]. Les étapes de calcul sont les suivantes, partant de la connaissance de l’auto-spectre du

es (numérotées de 1 à 24 Barks) pour représenter le fonctionnement de l’oreille comme « banc de filtres ». ;

Nc(z), où z est l’indice de la bande) ; nomènes de masquage éventuels par une bande donnée dans les

t remarquer que la norme approche les bandes critiques par des bandes de tiers d’octave.

Dans le cadre de la thèse, nous avons calculé la sonie selon la norme ISO 532B [ISO 1975]l'ai Pak (© Mueller BBM). Le spectre tiers d'octave utilisé pour le calcul normalisé de la s rtés dans Pak.

Ac

wicker et Fastl [Zwicker 1999] définissent l’acuité comme le centre de gravité de la distribution spectrale de sonie (cf. équation I.1).

I.1. Indicateurs psychoacoustiques usuels

Sonie

L niveau d'i tensité sonore ressentie, c’est donc l’équivalent perceptif du niveau d

Par convention, la sonie d’un son sinusoïdal de de u de pression 40 dB est 1 sone.

odèle le plus

signal sonore : - égalisation tenant compte de la fonction de transfert de l’oreille moyenne et de la nature du

champ sonore (libre ou diffus) ; - discrétisation de l’échelle des fréquences (Hz) en 24 bandes critiqu

- calcul des sonies spécifiques de chaque bande (notées - prise en compte des phé

bandes adjacentes, ce qui modifie la fonction de sonie sur toute l’échelle des Barks. On obtient ainsi une courbe de densité de sonie spécifique N’(z) en sone / Bark ;

- Calcul de la sonie N par intégration : ∫=24

)(' dzzNN . 0

Cette méthode de calcul de la sonie des sons stationnaires fait l'objet d'une norme internationale (norme ISO 532B, [ISO 1975]). Il fau

à de du logiciel onie spécifique est obtenu par filtrage temporel des signaux .wav impo

uité

L’acuité (sharpness) est un indicateur qu’on peut relier à la sensation de densité du timbre d’un son. L’unité d’acuité est l’acum. Z

239

Annexe I

∫=24

0)()('11,0 dzzzgzN

NS (I.1)

avec : S = acuité, en acums ; N = sonie, en sones ; N’ = sonie spécifique sur la bande dz considérée, en sone / Bark ;

nction définie par : g(z) = 1 pour z <16 (I.2)

pour z ≥16

Rugosité

porel des sons : elle reflète la sensation d'un son modulé en amplitude, avec une fréquence de modulation comprise entre 15 et

00 Hz. Pour ces fréquences de modulation, l’oreille ne rçoit pas une fluctuation de sonie un son stationnaire dit "rugueux". Zwicker et Fastl [Zwicker 1999] proposent la formule de calcul suivante :

E

d = fréquence de modulation (Hz).

modèle à l'aide du logiciel Pak.

. Zwicker et Fastl [Zwicker 1999] calculent la force de fluctuation selon la form

g la fo

g(z) = 0,066 e 0,171 z

Nous avons calculé l'acuité selon le modèle de Zwicker et Fastl à l'aide du logiciel Pak.

La rugosité (roughness) traduit une sensation liée à l'aspect tem

3 pe mais

∫ ∆=24

)(..3,0 dzzLfR (I.3) 0mod

avec : R = rugosité, en asper ; ∆LE = amplitude crête à crête du masquage temporel ; fmo

Nous avons calculé la rugosité selon ce

Force de fluctuation

Pour des sons modulés en amplitude avec des fréquences de modulation inférieures à 15 Hz, une sensation de fluctuation de niveau d'intensité est produite

ule suivante :

)/4()4/(

)(008,03,0

24

0

ff

dzzLF

E

+

∆=

∫ (I.4)

modmod

=∆LE

fmod

Nous avons calculé la force de fluctuation selon ce modèle à l'aide du logiciel Pak.

avec : F force de fluctuation, en vacil ;

= amplitude crête à crête du masquage temporel ; = fréquence de modulation, en Hz.

240

Annexe I

I.2

férieures et les deux bandes immédiatement supérieures) atteint ou dépasse les niveaux indiqués dans le tableau I.1 ; dans celui-ci, la bande considérée est définie par sa fréquence centrale fc. Pour calculer l'écart de niveau, il faut comparer le niveau de la bande en question avec la moyenne énergétique des deux bandes inférieures et la moyenne énergétique des deux bandes supérieures. L'analyse doit être effectuée sur des signaux de durée minimale 10 s.

Tableau I.1. Différence de niveau limite en fonction de la bande 1/3 octave considérée.

fc de 63 à 315 Hz de 400 à 1250 Hz de 1600 Hz à 6,3 kHz

. Indicateurs relatifs à l'aspect tonal des sons

Critère normalisé de tonalité marquée

Selon la norme NFS 31-010 [AFNOR 1996], une tonalité marquée est définie dans un spectre non pondéré de tiers d'octave quand la différence de niveau entre la bande de 1/3 octave et les quatre bandes de 1/3 octave les plus proches (les deux bandes immédiatement in

niveau limite 10 dB 5 dB 5 dB

La principale caractéristique de ce critère est qu'il se base sur une analyse fréquentielle en 1/3

octave, plus grossière qu'une analyse en bandes fines ; de plus, il ne prend en compte aucun phénomène de masquage fréquentiel. Il présente cependant l'avantage pratique de pouvoir être calculé directement à partir de spectres 1/3 octave mesurés au sonomètre.

Indice de tonalité d'Aures

Nous avons également utilisé l'indice de tonalité T calculé selon la méthode d'Aures (méthode détaillée dans [01dB 2001]). Les calculs ont été effectués à l'aide du logiciel dBFA (© 01dB-Metravib). Nous allons ici détailler succinctement le principe du calcul.

La méthode d'Aures prend en compte la fréquence, la largeur de bande et le niveau de toutes les composantes tonales, ainsi que les effets de la partie "bruitée" du signal. La tonalité T est calculée de la manière suivante [01dB 2001] :

(I.5)

avec : wGR = fonction de pondération relative à la partie "bruitée" du signal ; wT = fonction de pondération relative à la partie tonale. Son calcul est détaillé ci-après ; C = constante, de sorte qu'un signal sinusoïdal de fréquence 1 kHz et de niveau de pression 60 dB donne une tonalité T = 1 (Tonality Unit ou T.U.). Une tonalité i est repérée dans le spectre bandes fines lorsqu'un maximum local Li satisfait les

conditions suivantes [01dB 2001] :

(I.6)

79,029,0 .. GRT wwCT =

{ }⎩⎨⎧

++−−∈≥−≥<

+

+−

3,2,2,3711

jpourdBLLLLL

jii

iii

241

Annexe I

La fonction de pondération wT relative à la partie tonale du signal, est calculée selon l'équation I.7, qui dépend de trois fonctions de pon t w3, décrivant respectivement les effets de la

dérations w1, w2 elargeur de bande, de la fréquence du niveau de la tonalité :

[ ]∑ ∆∆=n

iiit Lwfwzww 2321 )().().(

=i 1(I.7)

vec :

ar Terhardt et al. (cités dans [01dB 2001]).

Le détail du calcul des pondérations w1, w2 et w3, est donné dans [01dB 2001].

rtie "bruitée" du signal dépend du rapport entre la tale [01dB 2001] :

afi = fréquence de la tonalité i ; ∆zi = largeur de bande de la tonalité i (en Barks) ; ∆Li = écart entre le niveau de la tonalité i et le niveau de bruit dans la bande correspondante, calculé selon l'expression donnée p

La fonction de pondération wGR relative à la pasonie relative à cette partie "bruitée" et la sonie to

N

Nw GR

GR −= 1 (I.8)

avec : NGR = sonie calculée pour la partie "bruitée" (les composantes repérées comme tonales étant

N =

in rceptifs absents du critère de tonalité m plexe.

No

avons uti

local dont la bande passante à -3 dB est de largeur inférieure à 10% de largeur de la bande critique centrée sur la fréquence fc du maximum. Pour fc < 500 Hz, les auteurs considèrent

. Pour fc > 500 Hz, la largeur de bande considérée est 20 % de fc ;

ptabiliserons, par simple

exclues) ; sonie globale.

L' dice de tonalité d'Aures T prend donc en compte des aspectsarquée. Il en résulte que son implémentation pratique est beaucoup plus com

pe

mbre de raies spectrales

Nous avons utilisé le comptage du nombre de raies spectrales dans le spectre bandes fines d'un son à caractère tonal afin de qualifier son timbre de "simple" ou "complexe".

Pour définir quand un maximum local est considéré comme une "raie spectrale", nous lisé les critères définis par Pedersen et al. [Pedersen 2000b] :

sur un spectre bandes fines, Pedersen et al. définissent une raie comme un maximum-

une largeur de bande de 100 Hz

- selon les auteurs, une raie ainsi repérée doit être juste audible si elle apparaît 8 dB au dessus du bruit environnant dans le spectre moyen. Les raies que nous comexamen visuel des spectres et calcul éventuel des largeurs de bande passante à –3 dB, seront ainsi toutes les raies au moins "juste audibles" au sens de [Pedersen 2000b].

242

Annexe I

Dans le cas où plusieurs raies sont dans une même bande critique, chaque raie sera simplement com tabilisée séparément : rappelons que cette approche simpliste ne se destine qu’à une analyse du caractère "simple" ou "complexe" du timbre des sons étudiés.

b] car l'aspect

tonal des bruits de l'environnement (cf. récent article de Berry et al. [Berry 2005]).

p

Remarque : nous avons utilisé les critères de la méthode de Pedersen et al. [Pedersen 2000celle-ci est en passe d'être normalisée au niveau international pour la caractérisation de

243

Annexe J

244

Annexe J Caractérisation du couple ORTF Schoeps MSTC 64

par méthode de substitution

Le couple ORTF Schoeps MSTC 64 a été utilisé pour les mesures acoustiques du chapitre 4. La

réponse en fréquence de chacun des 2 microphones a été mesurée en chambre sourde par méthode de substitution [AFNOR 2005]. Puis chacun des microphones a été étalonné indépendamment, en champ libre et en incidence frontale.

J.1. Dispositif en chambre sourde

La source utilisée est un haut-parleur ELAC 301, l×h×p = 6×12×10 cm, placé à 1,5 m de toute paroi. La source est reliée à un ordinateur PC, placé hors de la chambre, permettant la diffusion de bruit blanc et sinus de différentes fréquences.

A une distance de 1,1 m dans l'axe du haut-parleur, sont successivement placés : - un microphone ½" GRAS 40AE, de type champ libre, relié au système Symphonie

(© 01dB). Ce microphone, préalablement calibré, constitue notre référence ; - le microphone gauche du couple ORTF, dirigé vers la source ; - le microphone droit du couple ORTF, dirigé vers la source.

Le couple ORTF est connecté à un enregistreur DAT Sony TCD10 pro, dont le gain a été fixé pour un enregistrement optimal des sons du test d'écoute du chapitre 4.

Le point de mesure est également distant de 1,5 m de toute paroi. Nous avons vérifié pour chacun des signaux diffusés que la variation de niveau dans un cube d'arête 20 cm centré sur la position de mesure est inférieure au décibel. Nous avons également vérifié que le spectre mesuré avec le microphone champ libre ne présente aucune modulation notable due à l'effet de salle.

Les signaux diffusés sont de niveau supérieur de 10 dB au niveau du bruit de fond pour toutes les fréquences supérieures à 106 Hz, de 5 dB pour toutes les fréquences supérieures à 80 Hz.

J.2. Réponse en fréquence

Lorsque la source diffuse un bruit blanc, nous avons comparé les spectres obtenus avec les microphones ORTF au spectre mesuré par le microphone de référence.

Que ce soit pour le microphone gauche ou droit, l'écart entre spectre ORTF et spectre de référence ne justifie pas une quelconque correction en fréquence du couple ORTF sur la bande 100-20000 Hz. A titre d'exemple, les spectres mesurés par le microphone ORTF (voie droite) et le microphone de référence sont représentés en figure I.1.

Annexe J

245

Ces résultats son ps 2006]. t en accord avec les données constructeur [Schoe

Figure J.1. Comparaison des spectres mesurés par le microphone de référence (Symphonie) et le microphone ORTF (voie droite), lorsque la source diffuse un bruit blanc.

J.3. Etalonnage

Lorsque la source diffuse un bruit blanc ou un son pur (de fréquence 250, 1000 ou 2500 Hz), le niveau de pression acoustique équivalent est mesuré à la position de mesure par le microphone de référence. Ensuite, chaque microphone du couple ORTF est placé successivement en direction du haut-parleur, et les mêmes signaux sont enregistrés.

Le coefficient d'étalonnage c, par lequel le signal audionumérique issu de l'enregistrement ORTF, doit être multiplié se définit à l'aide de la formule suivante :

( ) 20/010 LLmc −=

où Lm est le niveau de pression acoustique équivalent (en dB) mesuré par le système de référence, et L0 le niveau correspondant à l'enregistrement ORTF non étalonné.

Les coefficients d'étalonnage correspondants aux différents types de bruits utilisés sont indiqués du bruit blanc : l'écart entre les niveaux

des 3 sinus est toujours inférieur au décibel.

t onnage s du couple ORTF MSTC 64.

ré coeffic coefficient c te

dans le tableau I.1. Nous avons retenu les coefficients issus sonores obtenus par ces coefficients et les niveaux sonores obtenus par les coefficients relatifs à un

Tableau J.1. E al des microphone

Signal Lp mesu ient c dB(lin) ORTF voie gauche ORTF voie droi

bruit blanc 71,4 0,3090 0,3126 sinu 0,3199 s 250 Hz 62,2 0,3199 sinus 1000 Hz 73,2 0,2818 0,2884 sinus 2500 Hz 77,2 0,3236 0,3273

THESE SOUTENUE DEVANT L'INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON

NOM : LE NOST Date de soutenance : 11 / 07 / 2007 Prénoms : Guillaume

Titre : Contribution à l'étude de l'impact environnemental sonore des sites industriels : une typologie perceptive de sources de bruit

Nature : Doctorat Numéro d'ordre : 2007-ISAL-0040 Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (MEGA) Spécialité : Acoustique

Cote B.I.U. - Lyon : Classe :

Résumé : La maîtrise de l'impact environnemental (dont les nuisances sonores) des activités industrielles et de transport est un grand enjeu actuel. Cependant, si un grand nombre d'études ont été réalisées concernant les nuisances sonores dues au bruit des transports (trafic routier, aérien et ferroviaire), très peu ont traité le cas du bruit d'origine industrielle. Les sources de bruit industriel sont très variées : afin d'étudier leur impact environnemental en termes de nuisance, une première étape consiste à établir une typologie de ces sources telles qu'elles sont réellement perçues. L'obtention d'une telle typologie pour les sources de bruit industriel permanent stable, pour une configuration de propagation entre sources et point d'écoute donnée, constitue l'objectif principal de la thèse. Pour permettre la comparaison et la classification de différentes sources de bruit industriel, un test d'écoute appliquant la méthode de catégorisation libre est réalisé en laboratoire. Il utilise les enregistrements d'une sonothèque de bruits industriels, réalisés à proximité des sources. Or, la perception d'une source de bruit peut varier si l'on se trouve à proximité de la source, ou à plusieurs centaines de mètres de celle-ci : c'est l'influence de la propagation. Les enregistrements sont donc filtrés pour prendre en compte l'atténuation entre le point d'enregistrement et un point d'écoute plus éloigné de la source, représentant une habitation. Le gain du filtre est calculé avec une résolution fréquentielle tiers d'octave par un logiciel d'acoustique prévisionnelle, basé sur la norme ISO 9613. Une double comparaison physique et perceptive, menée pour un cas-test de propagation simple (propagation au-dessus d'un sol herbeux plan sur une distance de 100 m), a permis de déterminer un paramétrage de calcul optimal ; la prise en compte des phénomènes d'interférences entre les différentes ondes acoustiques parvenant au point d'écoute permet d'obtenir des spectres d'atténuation plus proches des spectres mesurés, et un meilleur rendu à l'écoute. Le test de catégorisation, basé sur un corpus de 30 stimuli créés par filtrage et représentant une configuration d'écoute simple (distance de 250 m des sources, propagation en conditions favorables au-dessus d'un sol herbeux plan) a permis d'identifier 6 familles de sources, et montre que certains types fonctionnels de sources sont perceptivement pertinents.

Mots-clés : Environnement sonore, Bruit industriel, Impact environnemental, Nuisances sonores, Sonothèque, Enregistrement, Modélisation, Sources de bruit, Propagation du son, Atténuation, Filtrage, Calcul de trajets, Catégorisation, Perception auditive, Typologie.

Laboratoires de recherche : - EDF R&D, Département Analyses Mécaniques et Acoustique - Laboratoire des Sciences de l'Habitat, Département Génie Civil et Bâtiment, Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat.

Directeur de thèse : Catherine Marquis-Favre

Président du jury : Etienne Parizet Composition du jury : Georges Canévet Rapporteur Nacer Hamzaoui Membre du jury Catherine Marquis-Favre Directrice de thèse Jean-Dominique Polack Rapporteur Eric Premat Membre du jury Stéphanie Viollon Membre du jury

contribution à l'étude de l'impact environnemental sonore

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