Niveau de Pression Acoustique (SPL)
Le niveau de pression acoustique (SPL), exprimé en décibels (dB), est couramment utilisé en acoustique. Elle peut être mesurée dans l’air à l’aide d’un microphone et dans l’eau à l’aide d’un hydrophone.
Le niveau de pression acoustique (SPL), exprimé en décibels (dB), est couramment utilisé en acoustique. Elle peut être mesurée dans l’air à l’aide d’un microphone et dans l’eau à l’aide d’un hydrophone.
A savoir
Le niveau de pression acoustique est une mesure logarithmique de la pression effective d’un son par rapport à une valeur de référence, définie en dB (décibel). La pression acoustique de référence couramment utilisée dans l’air est de 20 μPa, ce qui est souvent considéré comme le seuil de l’audition humaine. La limite inférieure d’audibilité est définie comme un SPL de 0 dB. La plus grande variation de pression qu’une onde sonore non déformée peut avoir dans l’atmosphère terrestre est de 1 atm (pic de 194 dB ou 191 dB SPL).
La pression acoustique est l’écart local par rapport à la pression atmosphérique ambiante provoqué par une onde sonore. Elle peut être mesurée dans l’air à l’aide d’un microphone et dans l’eau à l’aide d’un hydrophone. La pression acoustique est mesurée en pascals (Pa). La définition mathématique de la pression acoustique est la pression totale, qui est égale à la pression statique plus la pression dynamique. La variable complémentaire à la pression acoustique dans une onde sonore est la vitesse des particules, qui détermine ensemble l’intensité sonore de l’onde.
Les mesures SPL peuvent indiquer le potentiel de dommages auditifs. L’exposition à des niveaux de pression acoustique supérieurs à 85 dB pendant des périodes prolongées peut provoquer des lésions auditives, tandis qu’une exposition à des niveaux supérieurs à 120 dB peut provoquer des lésions auditives immédiates et permanentes. Il est donc essentiel de mesurer les niveaux SPL et de prendre les mesures appropriées pour se protéger de l’exposition aux bruits forts, comme le port de bouchons d’oreilles ou de casques antibruit.
La fréquence du son affecte les mesures SPL, car l’oreille humaine a des sensibilités différentes aux différentes fréquences. Par conséquent, les sonomètres utilisent des filtres de pondération de fréquence, tels que les filtres de pondération A, B et C, pour ajuster les mesures SPL afin qu’elles correspondent à la sensibilité de l’oreille humaine à différentes fréquences. Les filtres pondérés A sont couramment utilisés pour mesurer le bruit ambiant, car ils correspondent le mieux à la sensibilité de l’oreille humaine aux sons de moyenne fréquence. Les filtres pondérés B mettent l’accent sur les fréquences plus élevées, tandis que les filtres pondérés C mettent l’accent sur les fréquences plus basses.
Calcul du Niveau de pression acoustique (SPL)
Pour calculer le SPL, vous prenez le rapport entre la pression acoustique et le niveau de pression acoustique de référence, puis vous prenez le logarithme (base 10) de ce rapport, puis vous le multipliez par 20. Cela vous donne le SPL en décibels (dB).
Par exemple, si la pression acoustique est de 20 µPa, alors le rapport entre la pression acoustique RMS et le niveau de pression acoustique de référence est de 20/20 = 1. Prendre le logarithme (base 10) de ce rapport vous donne 0, et multiplier par 20 vous donne un SPL de 0 dB. Il s’agit du SPL le plus bas possible, qui correspond au seuil d’audition.
En revanche, si la pression acoustique est de 200 µPa, alors le rapport de la pression acoustique RMS au niveau de pression acoustique de référence est de 200/20 = 10. Prendre le logarithme (base 10) de ce rapport vous donne 1, et multiplier par 20 vous donne un SPL de 20 dB. C’est beaucoup plus fort que le seuil d’audition, mais reste relativement silencieux.
À mesure que la pression acoustique augmente, le SPL augmente également. À un SPL de 120 dB, le son est considéré comme étant au seuil de la douleur, et tout son plus fort que ce seuil peut provoquer des dommages auditifs permanents.
Lors de la mesure de la pression acoustique en Pa, ajouter 20 dB au niveau dB équivaut à multiplier la pression acoustique par 10. Par exemple, 200 µPa correspond à 20 dB (pour 20 µPa), tandis que 2 000 µPa correspond à 40 dB.
Quelle est la valeur de référence pour le SPL ?
La valeur de référence pour le SPL (Sound Pressure Level) est le niveau de pression acoustique minimum perceptible par l’oreille humaine, qui est égal à 0 dB SPL. Cela correspond à une pression acoustique de 20 µPa (micro Pascals), également appelée seuil d’audition. La valeur de référence est utilisée pour calculer la différence des niveaux de pression acoustique entre la pression acoustique mesurée et la pression acoustique minimale audible. Les niveaux de pression acoustique sont exprimés en dB SPL, qui est une mesure logarithmique du niveau de pression acoustique par rapport à la valeur de référence.
L’ISO 1999 définit le niveau de pression acoustique (Lp) par la formule suivante :
Lp=10lg (p/p0)2
où p est la pression acoustique en pascals et la pression acoustique de référence p0 est de 20 μPa, conformément à l’ISO 1683.
Le niveau de pression acoustique pondéré A LpA
LpA=10lg (pA/p0)2
où pA est la pression acoustique pondérée A en pascals.
Les humains perçoivent les niveaux de pression acoustique sur une échelle logarithmique de décibels, qui est liée à la pression sonore la plus basse audible par l’homme, d’environ 20 μPa (20 micro pascal), également connue sous le nom de 0 dB. Le niveau de pression acoustique le plus bas que les humains peuvent entendre se situe généralement entre 3 000 et 4 000 Hz. Une pression acoustique d’environ 60 Pa peut provoquer des douleurs dans une oreille humaine normale.
En raison des changements importants d’amplitude de la pression acoustique, le niveau de pression acoustique est utilisé en décibels (Lp) plutôt qu’en unités Pascal. En utilisant la formule Lp=10lg (p/p0)2, où p est la pression acoustique en pascals et p0 est la pression acoustique de référence de 20 μPa. Cette formule exprime le niveau de pression acoustique comme une fonction logarithmique du rapport entre la pression acoustique et la pression de référence. Doubler la pression acoustique en pascals augmente le niveau de pression acoustique en décibels de 6 dB.
Sur l’échelle des décibels, les sons audibles vont de 0 dB, le seuil d’audition, à plus de 130 dB, le seuil de douleur. Bien que doubler la pression acoustique corresponde à une augmentation de 6 dB, il faut environ 10 dB d’augmentation pour que le son apparaisse subjectivement deux fois plus fort. Le plus petit changement que les humains peuvent entendre est d’environ 3 dB.
Le niveau de pression acoustique (SPL) peut être décrit subjectivement sur la base de l’échelle des décibels (dB). Une plage de 0 à 40 dB est considérée comme faible à très silencieuse, tandis qu’une plage de 60 à 80 dB est généralement décrite comme bruyante. Un niveau de pression acoustique de 100 dB est perçu comme très bruyant, alors qu’un niveau supérieur à 120 dB est intolérable.
La sensibilité de l’oreille humaine aux différentes fréquences n’est pas égale, la plage la plus sensible se situant entre 2 kHz et 5 kHz. Cela signifie que l’intensité subjective d’un son n’est pas uniquement déterminée par son niveau de pression acoustique, mais également par d’autres facteurs complexes. De plus, cette différence de sensibilité en fréquence est plus prononcée aux niveaux de pression acoustique faibles qu’aux niveaux de pression acoustique élevés. Les contours d’intensité sonore égale sur la figure montrent le niveau de pression acoustique requis à n’importe quelle fréquence pour donner la même intensité sonore apparente qu’une tonalité de 1 kHz. Par exemple, une tonalité de 50 Hz doit être 15 dB supérieure à une tonalité de 1 kHz à un niveau de 70 dB pour avoir le même volume subjectif.
En revanche, les sons impulsifs posent un défi dans l’évaluation de l’intensité sonore. Un son impulsionnel est un son qui dure moins d’une seconde. L’oreille est moins sensible à la perception de l’intensité de ces sons en raison de leur courte durée. Par exemple, les bruits de machine à écrire et de martelage sont des exemples de sons impulsionnels. Les chercheurs conviennent généralement que les sons de moins de 70 millisecondes ont une intensité sonore perçue inférieure à celle des sons de plus longue durée avec le même niveau de pression acoustique.
Le niveau de pression acoustique de certaines sources peut varier en fonction de la distance entre la source et l’auditeur. Les valeurs de ce tableau sont fournies à titre indicatif :
| Source | Niveau de pression acoustique (dB) |
|---|---|
| Seuil d’audition | 0 |
| Feuilles bruissantes | 20 |
| Chuchotement silencieux (1 m) | 30 |
| Bureau calme | 40 |
| Conversation à 1 m | 60 |
| À l’intérieur d’une voiture | 65-80 |
| Chant fort | 70 |
| Aspirateur (3 m) | 75 |
| Bus, camions diesel, motos (15 m) | 80 |
| Marteau-piqueur (15 m) | 90 |
| Métro (à l’intérieur) | 94 |
| Tondeuse à gazon (1 m) | 107 |
| Limite de douleur humaine assourdissante | 120 |
| Avion à réaction (30 m) | 130 |
Seuil de douleur | 140 |
| Décollage d’un avion militaire (30 m) | 150 |
| Grandes armes militaires | 180 |
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Le niveau de pression acoustique SPL est généralement mesuré à l’aide d’un sonomètre. Le sonomètre comprend un microphone, un logiciel de traitement et un écran. Les ondes de pression acoustique déclenchent des mouvements sur la membrane du microphone, qui sont convertis en signaux électriques par le sonomètre. Ensuite, le SLM convertit les signaux électriques en signaux numériques afin qu’ils puissent être affichés sous forme de décibels.
Pour calculer le niveau de pression acoustique pondéré A (LpA), le SLM utilise des filtres de pondération de fréquence qui ajustent la lecture de la pression acoustique en fonction de la sensibilité de l’oreille humaine aux différentes fréquences. Le filtre de pondération A accorde plus de poids aux fréquences que les humains entendent le mieux.Le SLM peut également intégrer la pression acoustique au fil du temps sous la forme du niveau sonore continu équivalent (Leq), qui est l’énergie moyenne du son sur une certaine période de temps.
Lors de la mesure du son, il est important de capturer avec précision les variations du niveau de pression acoustique, qui peuvent fluctuer rapidement. Historiquement, les sonomètres analogiques ne pouvaient pas suivre ces fluctuations, ce qui entraînait des lectures erratiques. Pour résoudre ce problème, deux caractéristiques de réponse du détecteur ont été standardisées : rapide (F) et lente (S). La réponse rapide du détecteur a une constante de temps de 125 millisecondes, ce qui permet une réponse d’affichage à réaction rapide qui peut mesurer avec précision les niveaux sonores qui ne fluctuent pas trop rapidement. D’autre part, la réponse lente du détecteur a une constante de temps de 1 seconde, ce qui donne une réponse plus lente qui permet de faire la moyenne des fluctuations d’affichage sur un compteur analogique.
Les sonomètres modernes à affichage numérique résolvent le problème des affichages fluctuants. Cependant, ils utilisent toujours des détecteurs rapides et lents, car ils sont souvent dictés par la norme sur laquelle les mesures doivent être basées. La pondération temporelle lente est couramment utilisée pour mesurer les niveaux sonores sur les lieux de travail. La pondération temporelle rapide est utilisée dans la surveillance du bruit ambiant. La pondération temporelle des impulsions est utilisée pour mesurer le bruit impulsif, tel que celui provenant de machines, de coups de feu ou d’explosions, car elle capture le niveau maximal du son.
Les pondérations A, C et Z sont des pondérations fréquentielles utilisées dans les sonomètres pour ajuster le niveau de pression acoustique (SPL) mesuré afin de mieux correspondre à la perception humaine du son.
La courbe de pondération A montre comment l’oreille humaine réagit à différents niveaux de pression acoustique et est souvent utilisée pour mesurer le bruit dans l’environnement et dans l’industrie. La courbe de pondération A atténue les niveaux de pression acoustique basses et hautes fréquences, en accordant plus de poids aux fréquences comprises entre 500 Hz et 10 kHz, là où l’audition humaine est la plus sensible.
La courbe de pondération C mesure le niveau global de pression acoustique sur toutes les fréquences sans atténuation. Il est utilisé pour mesurer le son dans des environnements très bruyants, tels que les concerts de rock ou les pistes d’aéroport.
La courbe de pondération Z est également connue sous le nom de pondération « linéaire » ou « plate » et n’applique aucune pondération fréquentielle à la mesure SPL. Il mesure le niveau de pression acoustique sur toutes les fréquences et est utilisé pour les mesures scientifiques ou l’étalonnage des instruments.
LAF et LAS sont des niveaux de pression acoustique pondérés couramment utilisés dans les normes acoustiques modernes, telles que la CEI 61672. LAF signifie « niveau sonore pondéré A, pondération temporelle rapide », qui est une mesure du niveau de pression acoustique ajusté pour tenir compte de la sensibilité de l’oreille humaine à différentes fréquences. LAS signifie « niveau sonore pondéré A, pondération temporelle rapide », qui est similaire à LAF mais utilise une pondération temporelle lente. Le LAF et le LAS sont tous deux couramment utilisés dans les mesures de l’exposition au bruit sur le lieu de travail et les évaluations du bruit dans l’environnement. Dans l’ensemble, la relation entre SPL, LAF et LAS est que LAF et LAS sont deux manières différentes de mesurer le SPL, en utilisant des pondérations de fréquence pondérées A spécifiques.
Un son est une forme d’énergie et l’ampleur des dommages auditifs causés par l’exposition à un environnement sonore dépend à la fois du niveau et de la durée de l’exposition. Pour déterminer si un son a un impact sur l’audition humaine, il est nécessaire de mesurer le niveau sonore et sa durée. Le niveau sonore continu équivalent (LEQ) fournit des informations sur la quantité d’énergie à laquelle une personne a été exposée. Les mesures LEQ sont utilisées pour de nombreux types de mesures acoustiques, notamment l’acoustique des bâtiments, le bruit ambiant et le bruit professionnel.
Le LEQ est une moyenne linéaire du carré de la pression acoustique sur une période de temps donnée et n’utilise pas de pondération temporelle. Le Leq est utile pour représenter un niveau d’énergie sonore équivalent au fil du temps et est couramment utilisé pour représenter les niveaux d’exposition au bruit sur les lieux de travail et dans d’autres environnements.
Les mesures LEQ peuvent être effectuées sur n’importe quelle période de temps appropriée, appelée temps d’intégration, alors que le SPL est une mesure du niveau de pression acoustique instantané à un moment précis. Les sonomètres Svantek enregistrent les niveaux de pression acoustique et les LEQ sous forme de temps d’intégration consécutifs dans un fichier d’historique.
En acoustique, le volume et l’intensité sont des mesures différentes du SPL (Sound Pressure Level). Le SPL est une mesure du niveau de pression d’une onde sonore par rapport à un niveau de référence, généralement exprimé en décibels (dB). C’est une mesure de la force physique d’une onde sonore.
L’intensité, quant à elle, est une mesure de la quantité d’énergie sonore qui traverse une zone donnée en un temps donné. Elle est généralement mesurée en watts par mètre carré (W/m2). L’intensité est une mesure de l’énergie transportée par une onde sonore.
L’intensité sonore est une perception subjective de l’intensité d’un son. Il est influencé par de nombreux facteurs, notamment le SPL et la fréquence, ainsi que la sensibilité de l’oreille humaine. L’intensité sonore est généralement mesurée en unités appelées phon.
Le niveau de pression acoustique (SPL) d’une onde sonore diminue à mesure que la distance par rapport à la source augmente. En effet, les ondes sonores se propagent dans toutes les directions à mesure qu’elles s’éloignent de la source et l’énergie contenue dans l’onde est distribuée sur une zone de plus en plus grande. La diminution du SPL avec la distance est appelée atténuation acoustique.
Le taux d’atténuation acoustique dépend de nombreux facteurs, tels que la fréquence de l’onde sonore, la taille et la forme de la source, ainsi que l’environnement dans lequel le son se propage. Cependant, en règle générale, le SPL diminue de 6 décibels (dB) pour chaque doublement de la distance par rapport à la source.
Par exemple, si le SPL d’une onde sonore à une distance de 1 mètre est de 80 dB, il sera de 74 dB à une distance de 2 mètres, 68 dB à une distance de 4 mètres, et ainsi de suite. Cela signifie que l’intensité d’un son semble dépendre en grande partie de la distance qui vous sépare de la source. Lors de la mesure et du contrôle des niveaux de bruit à différents endroits, il est important de garder cela à l’esprit.
Le niveau de pression acoustique (SPL) a diverses applications, dont certaines incluent :
Dans le contexte de l’audio, SPL est utilisé pour décrire l’intensité des signaux audio. SPL est utilisé dans la conception et les tests d’équipements audio, tels que des haut-parleurs et des écouteurs, pour garantir qu’ils produisent un son à des niveaux sûrs et appropriés. Il est également utilisé dans les studios d’enregistrement et les environnements sonores en direct pour surveiller le volume des signaux audio et prévenir les dommages auditifs des artistes et des auditeurs.
L’étalonnage est nécessaire pour garantir que les sonomètres fournissent des mesures exactes et précises. Pour calibrer un sonomètre, un calibreur acoustique portable est placé sur le microphone. Les calibreurs fournissent un niveau de pression acoustique défini auquel le sonomètre peut être ajusté. Les niveaux de pression acoustique typiques utilisés pour l’étalonnage sont de 94 dB ou 114 dB (le choix dépend du fond acoustique).
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