Sonomètre

Un sonomètre est un instrument destiné à mesurer le niveau de pression acoustique, une grandeur physique liée au volume sonore. Il s'utilise dans les études de pollution sonore et d'acoustique environnementale pour quantifier le bruit et les nuisances sonores, principalement les bruits industriels et de transports routier, ferroviaire et aérien. En acoustique architecturale et en sonorisation, il sert à évaluer la répartition des niveaux sonores dans les locaux.

Le sonomètre donne généralement un niveau en décibels. On trouve parfois l'appellation décibelmètre. Il donne un niveau en un point et à un moment donnés.

Le niveau de pression acoustique brut ne correspond pas à la perception sonore humaine ; pour cela, des pondérations sont nécessaires, tenant compte des fréquences et de la durée de mesure. La norme internationale CEI 61672:2003 définit par des tables les réponses en fréquence A et C et Z (zéro, sans filtre). Elle prévoit aussi les temps d'intégration lent ou rapide. Ces réglages correspondent à des niveaux de bruit plus ou moins forts et à des bruits plus ou moins réguliers.

Les sonomètres les plus perfectionnés effectuent une mesure du bruit par bandes de fréquence, qui permettent le calcul de la sonie selon la norme ISO 532, qui vise à rapprocher le résultat d'une mesure de la perception.

Le sonomètre convertit la pression acoustique en signal électrique, le filtre selon une courbe normalisée, en produit la valeur efficace qu'elle intègre sur une durée choisie.

Le sonomètre comprend un microphone omnidirectionnel, c'est-à-dire dont la réponse ne dépend pas de son orientation par rapport à la source sonore. Les performances de ce microphone déterminent les limites d'usage du sonomètre, tant du côté des faibles niveaux, dont le bruit de fond propre du capteur perturbe la conversion, que du côté des forts niveaux, pour lesquels la distorsion aboutit aussi à des erreurs systématiques, qu'un appareil de bonne qualité métrologique corrige dans la mesure du possible, au cours du traitement. Ce transducteur convertit les petites variations de pression atmosphérique qui constituent la pression acoustique en signal électrique. Un premier circuit électronique amplifie ce signal.

Le traitement analogique du signal oblige à effectuer les opérations dans l'ordre :

Dans le traitement numérique, toutes les opérations s'effectuent par des calculs sur le signal converti en flux de données. Un appareil perfectionné peut calculer le niveau sonore par bandes d'octave ou de tiers d'octave et effectuer sur ces bandes les opérations de pondération que prévoit la définition normative. Il peut améliorer la précision de mesure et l'extension du domaine d'utilisation avec des corrections de l'erreur systématique du microphone.

Les appareils affichent généralement le résultat en décibels. Le décibel correspond à 20 fois le logarithme décimal du rapport entre la pression acoustique mesurée et celle de la pression acoustique de référence, égale à 2 × 10−5 Pa (20 micropascals). La valeur de référence correspond, pour une onde plate progressive, à une puissance de 1 × 10−12 W m−2 (1 picowatt par mètre carré). Le décibel est un repère logarithmique d'usage général. On exprime les résultats de la mesure au sonomètre en indiquant la pondération utilisée : dB SPL (Sound Pressure Level, niveau de pression acoustique) pour la position Z (pas de filtre pondération), dB A ou éventuellement dB C dans les autres cas. Il faut aussi porter le choix d'intégration de la mesure : lent, rapide ou crête.

Les appareils les plus perfectionnés enregistrent les résultats par bande, afin d'appliquer les méthodes plus rigoureuses de mesure de la sonie ou bruyance prévues par la norme internationale ISO 532. Dans les mesures de niveau en sonorisation ou en acoustique architecturale, la répartition de l'énergie sonore peut avoir plus d'importance que le niveau global.

Il est beaucoup plus difficile de réaliser un sonomètre qui mesure avec exactitude les sons faibles que les sons forts.

Dans de nombreux pays, le niveau sonore est contrôlé dans les entreprises pour protéger les travailleurs contre le risque de surdité causée par le bruit et dans l'environnement pour garantir la tranquillité des habitants. Les lois et règlements imposent la plupart du temps l'usage d'experts utilisant des sonomètres certifiés (Classe 2), réglés pour la pondération A pour les mesures destinées à avoir des conséquences juridiques.

La courbe de pondération fréquentielle A, créé en 1936, était basée historiquement sur le tracé de courbes isosoniques pour les faibles niveaux sonores, tandis que la pondération C devait refléter mieux la perception de niveaux élevés (supérieurs à 70 phones). Des recherches intervenues depuis ont fait évoluer la forme des courbes isosoniques, et la valeur de la pondération A a pu être remise en cause, particulièrement pour pondérer des mesures de bruit à niveaux élevés. Elle n'en est pas moins juridiquement la norme requise pour la quasi-totalité des mesures et possède l'énorme avantage pratique de permettre la comparaison des anciennes données avec les nouvelles mesures.

Initialement, la pondération fréquentielle A, qui donne moins d'importance aux sons graves, avait été conçue pour les faibles niveaux sonores situés dans la zone des 40 phones, mais elle est maintenant obligatoire pour tous les niveaux. La pondération fréquentielle C est cependant encore utilisée pour la mesure de la pression acoustique de crête dans certaines législations. La plupart des sonomètres ne proposent plus la pondération B, une pondération intermédiaire entre les courbes A et C qui n'a plus aucune utilité pratique.

La pondération D a été conçue pour une utilisation dans la mesure du bruit des avions équipés de réacteurs à simple flux, c'est-à-dire, depuis la disparition du Concorde, des types d’avions militaires. Pour toutes les mesures de bruit sur des avions civils c’est la pondération A qui est utilisée en application des normes de l'ISO et de l'ICOA

La norme prévoit trois types de pondérations temporelles

Leurs noms ont été changés dans les années 1980 pour être les mêmes dans toutes les langues. La pondération temporelle I n'est plus dans la norme, car elle ne permet pas d'évaluer véritablement un bruit impulsif.

Les sonomètres peuvent inclure un mode crête (Peak) qui conserve la plus forte pression acoustique instantanée mesurée, jusqu'à la remise à zéro.

Le niveau d'exposition est le niveau qui aurait donné, en une seconde, le même cumul que celui obtenu pendant toute la période de mesure.

Exemple d'usage du niveau d'exposition :

On veut comparer la perturbation causée par le passage de véhicules ou d'avions dans un lieu donné. Certains passages font plus de bruit, certains passages durent plus longtemps. On mesure, pour chaque passage, le niveau maximal et le niveau d'exposition, permettant de comparer chaque événement sonore.

La mesure du niveau d'exposition utilise normalement la pondération A pour la détermination de l'énergie acoustique. Les résultats qui utilisent une autre pondération doivent le mentionner.

Le SEL n'est pas beaucoup utilisé pour la mesure du bruit industriel, on lui préfère habituellement la valeur moyenne. C'est le niveau sonore moyen par unité de temps ou comme habituellement appelé « niveau moyen équivalent » (Equivalent continuous sound level) correctement désigné par symbole LAT communément abrégé en LEq.

Le niveau équivalent Leq est celui de la moyenne quadratique de la pression acoustique pendant la période d'exposition.

Exemple d'usage du niveau équivalent :

Un local contient plusieurs machines, émettant des bruits variés au cours d'un cycle de travail qui dure plus de quelques secondes. On mesure le niveau sonore maximal et le niveau équivalent.

La mesure du niveau équivalent utilise souvent la pondération A pour la détermination de l'énergie acoustique1.

Pour mesurer le LAT un sonomètre intégrateur est nécessaire. Soit on obtient la valeur énergétique, on la divise par le temps écoulé, et on prend 10 fois le logarithme décimal du résultat, soit on prend la valeur du SEL et on lui retranche 10 fois le logarithme du temps écoulé (en secondes).

L'enregistrement des valeurs successives du LEq sur une très courte durée, par exemple à 1/8 seconde d'intervalle, est une méthode d'évaluation des niveaux de bruit.

L'appareil enregistre les valeurs dans une mémoire ou les transmet à un autre appareil. Un programme, qui peut être réalisé avec une feuille de calcul standard si le nombre total de mesures le permet, effectue la synthèse de ces données pour donner une exposition globale LAT, mais aussi les indices statistiques de l'exposition (maximum, minimum, écart-type, périodicité).

Un des avantages de cette méthode est que si la réglementation change, il est possible de recalculer une série historique avec la nouvelle norme à partir des anciennes données. L'existence des enregistrements permet aussi de convertir dans certains cas les données d'un système de mesure à un autre.

Aujourd'hui, pratiquement tous les systèmes de surveillance de bruit fixes dans les aéroports utilisent le L Eq court comme système de mesure. Leur ensemble de sonomètres recueillent un flux régulier de valeurs numériques de L Eq transmises à une unité de traitement. Le faible volume de données permet d'utiliser tout type de moyen de transmission, ligne téléphonique, internet ou autre.

Le concept de LEq court est à l'origine un concept du Laboratoire national d'essais français. Cette méthode est devenue la plus commune pour la description d'un historique du bruit dans les sonomètres professionnels. Jusqu'en 2003, il y avait des normes distinctes pour les sonomètres à mesure instantanée et les sonomètres intégrateurs, (CEI 60651 et CEI 60804-toutes deux maintenant retirées), maintenant, la norme CEI 61672 concerne les deux types d’appareils.

La plupart des réglementations nationales exigent également la mesure de la valeur de crête pour protéger les travailleurs contre les pics importants d’élévation soudaine de la pression acoustique en utilisant une pondération en fréquence 'C' ou 'Z'. Le Niveau de pression acoustique de crête ne doit pas être confondu avec le niveau de pression acoustique MAX. Le niveau de pression acoustique MAX est tout simplement la mesure la plus élevée d'un sonomètre conventionnel relevé sur une période déterminée et peut être inférieur de plusieurs décibels à la valeur de crête. Dans l'Union européenne, la valeur maximale autorisée pour le niveau sonore de crête est de 140 dB (C) et ceci équivaut à une pression de 200 Pa. Le symbole correspondant au niveau sonore maximum en pondération fréquentielle 'Aet en pondération temporelle S est LAS max. Pour le niveau de crête en pondération fréquentielle C le symbole est Lpc.

Les Sonomètres sont divisés en deux catégories - que l'on appelait "types" dans les précédentes normes. Les deux classes ont la même conception et les mêmes objectifs, mais des niveaux de tolérance différents. Les instruments de classe 1 ont une plus large gamme de fréquences et une incertitude de mesure plus faible, qu’une unité de classe 2, moins coûteuse. Cela s'applique autant au sonomètre lui-même qu’au calibreur. La plupart des normes nationales autorisent l'utilisation d’un appareil au "moins de classe 2" et pour de nombreuses mesures, il n'y a guère d'intérêt pratique à se servir d'une unité de classe 1, qu’il vaudrait mieux utiliser pour contrôler l'application de la loi. La nouveauté de la norme CEI 61672 est la mention d’un minimum de 60 dB linéaire pour exiger la pondération fréquentielle Z, avec un resserrement de la limite de tolérance, ainsi que l'inclusion de l'incertitude de mesure dans le résultat des tests. Cela retire toute possibilité à un sonomètre conçu pour les anciennes normes 60651 et 60804 de pouvoir satisfaire aux exigences de la norme CEI 61672:2003

Classe 1        Incertitude Inférieure à 1,5 dB

Classe 2        Précision entre 1,5 et 3 dB