Isolation acoustique et réduction du bruit

• *Composition de l'équipe: Léa SCETBUN (lea.scetbun@etu.sorbonne-universite.fr)
  Wenbi LIN (wenbi.lin@etu.sorbonne-universite.fr)
  Romain BOLUDA-PASTUREL (romain.boluda_pasturel@etu.sorbonne-universite.fr)
  Erwan ESTEVES (erwan.esteves@etu.sorbonne-universite.fr)
  Yanis ZAOUANE (yanis.zaouane@etu.sorbonne-universite.fr)
  Encadrant: Sébastien PAYAN (sebastien.payan@sorbonne-universite.fr) Description du projet: Le but de ce projet est dans un premier temps de comparer différents isolants acoustiques qui existent et dans un second temps de créer une surface à réduction active de bruit. Nous comparerons ensuite les différents résultats pour l'isolation active et passive afin d'obtenir la meilleure isolation possible. Dates clés du projet: 17/01/2018: Validation du sujet par l'encadrant de l'UE
  22/01/2018: Première réunion pour définir les grands axes du projet
  31/01/2018: Ouverture du wiki
  2/02/2018: 1er rendez-vous avec M.PAYAN
  7/02/2018: Démarrage des premières expériences
  7/02/2018-2/05/2018: Expériences
  9/05/2018-16/05/2018: Rendu du rapport/soutenance orale
  ==== Diagramme de Gantt version initiale==== ==== Diagramme de Gantt version finale====
  
  ==== Protocoles de nos expériences ==== Protocole de l'expérience 0: Vérification de la loi des masses avec une boîte en Plexiglas: Expérience avec la boîte en plexiglas
  Protocole de l'expérience 1: Mesure de l'indice d'affaiblissement acoustique R de différents matériaux: Mesure de R pour différents matériaux
  Protocole de l'expérience 2: Mise en évidence d'ondes destructives à l'aide d'ondes ultrasonores: Création d'ondes constructives et destructives (ondes ultra-sonores)
  Protocole de l'expérience 3: Expérience du tube d'impédance: Expérience du tube d'impédance
  Protocole de l'expérience 4: Fabrication et tests des résonateurs de Helmholtz :Résonateurs de Helmholtz
  ==== Journal de bord ==== 22/01/2018: Première réunion et recherches bibliographiques
  2h - Léa, Erwan, Wenbi ,Romain
  * Définition des grands axes de recherches * Définition générale de l'expérience à mettre en place * Version 0 du diagramme de Gantt 24/01/2018: Première prise de contact avec notre tuteur par mail
  
  2/02/2018-6/02/2018 : Premier RDV avec notre tuteur et approfondissement des recherches bibliographiques + modification du diagramme de Gantt
  
  ==== Expérience 0 ==== 7/02/2018:
  Réalisation de la première expérience.
  4h - Léa, Romain, Yanis, Wenbi
  Afin de débuter nos expériences, nous avons pu trouver une boîte toute faite en Plexiglas, plusieurs mousses acoustiques et du liège. Le but de cette expérience est de vérifier la loi des masses et la loi des fréquences. Voici un récapitulatif sur la loi des masses et la loi des fréquences: Loi des masses et des fréquences Le protocole était d'émettre un son d'un côté de la boite à l'aide d'un haut parleur et de mesurer d'intensité transmise de l'autre côté de la paroi. On voulait faire cette expérience dans un premier temps sans isolant puis ensuite avec une mousse acoustique pour pouvoir avoir une valeur à vide. Nous avons réalisé une série de mesure avec un micro et Audacity mais celles-ci n’étaient pas cohérentes et pas en accord avec la théorie. Nous avons ensuite essayé avec nos smartphones mais les mesures n'étaient pas plus convaincantes. Pour avoir des mesures plus fiables, nous allons par la suite essayer de trouver et d'utiliser un sonomètre ou un décibel mètre. Afin d'améliorer encore notre expérience, nous voulons également modifier la boite qui à été mise à notre disposition afin de la rendre plus adéquate a nos expériences. Par la suite nous voulons tester les matériaux suivants: * Laine de roche : 5 à 10 euros le m2.
  * Laine de verre : 3,50 à 8 euros le m2.
  * Liege expanse en dalles : 10 à 30 euros le m2 selon l'épaisseur et la densité.
  * Cellulose : De 16 à 20 euros le m2.
  * Mousse en polyurethane : 20e le m2.
  Voici une photo de notre dispositif sans l'isolant vue de côté : et une photo vue de haut
  après-midi : Suite de la première expérience.
  3h - Romain, Erwan, Wenbi, Léa.
  Nous avons continué l'expérience mise en place hier en testant à nouveaux certaines configurations, mais les résultats se sont avérés être peu concluant. En effet nous trouvons des niveaux sonores moins important lorsque la boite est “à vide” et plus important avec de la mousse où encore du liège alors que dans la théorie l'inverse devrait se produire. Cependant nous avons fait des progrès dans l'expérience : nous avons obtenu d'autre matériaux (laine de verre et laine de roche), nous nous sommes procuré un microphone à une dimension (contrairement à l'autre qui était en 3D) afin de réduire les effets de résonance dans la boite (les ondes captées par le microphone sont celles transmises de face en traversant notre isolant). Nous avons vérifié sur Audacity et le spectre parait plus clair grâce à ce dernier. Pour les expériences à venir nous avons choisi d'abandonner Audacity et d'utiliser le logiciel Adobe Audition CC qui sera plus approprié à notre expérience. Enfin nous avons discuté avec un des responsables administratifs de la licence physique qui nous a indiqué une liste de personnes, en recherche acoustique, à contacter (informations, prêt de matériel, …) pour mieux comprendre les phénomènes et les enjeux de la réduction de bruit.
  
  
  14/02/2018:
  matin : Suite de la première expérience.
  3h - Romain, Erwan, Wenbi, Léa.
  Nous réalisons les expériences avec le plexiglas avec (ou sans) la mousse acoustique. On considère le plexiglas comme ‘’à vide’’ et en ajoutant le masse, on vérifiera la loi des masses.
  Pour cela on émet des sons purs sinusoïdaux de la fréquence entre 100-1000Hz, on enregistre le son avec un microphone à une dimension et on a utilisé le logiciel Adobe Audition CC pour mesurer le niveau sonore. Le problème est que celui-ci nous donne des valeurs négatives. On a donc passé du temps à comprendre pourquoi les valeurs étaient négatives.
  En même temps nous traçons la graphe R (la différence des niveau sonore incident et transmise) en fonction de log(f). On trouve 2 fréquences critiques avec la mousse acoustique donc on ne vérifie pas la loi de masse. On se rend compte que on a un système masse ressort masse et on ne peut pas ignorer le plexiglas. On décide de changer de stratégie et de d'utiliser un oscilloscope avec LabView. On récupère un oscilloscope auprès du technicien.
  
  après-midi : 3h - Yanis, Erwan, Wenbi, Léa.
  On abandonne la boite en plexiglas et utilise une boite en carton trouée sur un face à la place et on décide d'utiliser définitivement un oscilloscope. Cette séance nous a donc servi a comprendre le fonctionnement du micro et de l'oscilloscope. On a commencé à prendre également les premières mesures pour la mousse en polyuréthane. Voici le montage avec lequel nous allons commencer nos expériences la semaine prochaine.
  
  ==== Expérience 1 ==== 21/02/2018:
  Suite de l'expérience de la semaine dernière.
  7h - Yanis, Erwan, Wenbi, Léa.
  Le but de cette semaine est de tracer la courbe R=f(log(F)). On recherche également la fréquence de coupure des différents matériaux. La fréquence de coupure se manifeste par un coefficient de réduction qui sera négatif. Pour cela on utilise un oscilloscope relié au 2 micros placés à l’extérieur et à l’intérieur de la boite par une prise Jack. Nous pouvons ainsi lire grace à labview mais également à l'aide de l'oscilloscope les tensions correspondant au 2 micros. Grace au logiciel Audacity nous créons des sons allons d'une gamme de fréquence allant de 150Hz à 1000Hz par un pas de 50Hz. Puis nous traçons les courbes R=f(log(F)) avec R=log10(Tension micro interieur/Tension micro extérieur). Nos 3 materiaux testé sont la mousse acoustique, la laine de verre et la laine de roche * Mousse acoustique
  http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/lib/exe/fetch.php?media=wiki:projets:3p024:projet3:graphe_mousse.png On remarque alors qu'on a une fréquence de coupure vers 300Hz. On remarque également que pour les mousses sont plus efficaces pour les hautes fréquences que pour les basses *Laine de verre
  http://fablab.sorbonne-universites.fr/wiki/lib/exe/fetch.php?media=wiki:projets:3p024:projet3:graphe_laine_de_verre.png On remarque pour la laine de verre une fréquence de coupure vers 900Hz. Cependant contrairement à la mousse, l’isolation est uniforme sur toute la gamme de fréquence. * Laine de roche
  On remarque pour la laine de roche que l'isolation est variable en fonction de la fréquence. Dans l'ensemble on peut dire que la laine de roche est efficace pour les hautes fréquences (au dessus de 600Hz) *Conclusion:
  En analysant le rapport R des différents matériaux, nous déduisons ainsi que la laine de verre a le meilleur coefficient de réduction du bruit et est le meilleur isolant. Il isole bien à toutes les fréquences (sauf fréquence de coupure). Contrairement aux autres matériaux qui isole principalement dans les hautes fréquences (au dessus de 600Hz)
  
  28/02/2018
  Matinée : Fin de l'expérience précédente.
  4h - Romain, Erwan, Wenbi, Léa.
  Tracer les courbes de R=f(log(F)) sur le polystyrène et commencer des mesures d'interférences constructives, mise en place du dispositif expérimental avec deux hauts parleurs régler à la même fréquence et un récepteur installé sur un rail qui nous donnera la position des franges d'interférence.
  Mise en évidence des objectifs de l’expérience : On cherche a isoler un studio quelconque de l’extérieur, d'environ 12 m², de façon efficace et accessible, afin de réduire la gêne occasionné par les bruits effectué par l'occupant. Il y a deux types de bruits à traiter : les bruits d'impacts (sols) et les bruits ambiants (murs, plafonds…).
  
  6/03/2018 2ème RDV avec notre encadrant.
  
  7/03/2018
  5h - Erwan, Wenbi, Léa.
  Suite au RDV avec notre encadrant, nous avons décidé approfondir nos mesures en variant l'épaisseur de l'isolant et la distance entre la source et le micro. Cela va nous permettre d'affirmer la validité de nos mesures précédentes. En parallèle, nous avons repris les graphiques précédents pour y mettre les barres d'erreur et nous avons commencé à réfléchir à la mise en place de la seconde expérience.
  
  ==== Expérience 2 ==== 14/03/2018 4h - Erwan, Wenbi, Léa, Yanis, Romain.
  Yanis/ Wenbi/ Romain: Approfondissement de l'expérience précédente.
  Léa/ Erwan: Mise en évidence du phénomène d'interférence avec des ondes ultrasonores pour préparer la manipulation de la semaine prochaine
  
  ==== Expérience 3 ==== 21/03/2018 6h - Erwan, Wenbi, Léa, Yanis, Romain.
  Matin: Wenbi/Yanis : Rendez vous avec François OLLIVIER chercheur en acoustique pour mieux interpréter les résultats obtenus et savoir s'ils sont justes et cohérents. Recherche théorique sur les propriétés de la nouvelle expérience. Erwan : Ecriture de l'article à rentre en format Latex. Léa/Romain : programme Labview. Après midi: Wenbi/Yanis : Recherches théoriques sur les propriétés à respecter de la nouvelle expérience. Erwan/Léa/Romain : Montage d'une expérience test Explications : Suite à l'entretien avec Monsieur OLLIVIER nous avons décidé de prendre les résultats précédents comme première approche expérimentale et de créé une nouvelle expérience, sur ses conseils, dans un tuyaux en plexiglas afin de mesurer correctement et en 1D l'atténuation sonore des matériaux. Pour cela nous utiliserons un programme de mesure labview ainsi que les micros unidirectionnels et les matériaux utilisés lors de l'expérience précédente pour confirmer nos résultats et avoir en plus des résultats beaucoup plus précis (le 1D étant mesurable pus simplement les effets “parasites” tel que la réflexion, le bruit ambiant, etc pourront être négligés). Nous avons commencé à monter l'expérience sur un tuyau test (diamètre plus petit) en respectant des indications sur les fréquences à utiliser, la distance entre les micros, la position des échantillons. Si les test se révèlent concluant nous feront le montage sur le tuyau de plexiglas. (*Nous créons un montage test car il nous faut percer le tuyau pour y insérer les micros, cela nous évitera d'abimer inutilement le montage final si jamais nous avons fait des erreurs de calcul quant à la position des récepteurs*)
  
  28/03/2018: - 6h
  Matin: Erwan, wenbi, Léa, Yanis: Nous avons fait la version finale de notre montage expérimental avec le tube en Plexiglas. Le but de ce montage était de pouvoir diriger les ondes pour faire l'approximation des ondes en 1D. Nous avons ensuite découpés des morceaux de différents isolants Apres-midi: Léa: recherches sur les résonateurs de Helmholtz et mise en place d'un montage avec une canette. Erwan, Wenbi, Romain, Yanis: mesures avec les différents isolants et tracé des graphiques.
  
  29/03/2018
  Rendez-vous avec Quentin GRIMAL professeur d'acoustique (Master mécanique). Nous lui avons expliqué notre expérience et montré les premiers résultats afin d'avoir son avis et de réfléchir à une potentielle amélioration du montage expérimental. Sur ses conseils nous utiliserons dans le reste des expériences un bruit blanc (et non une fréquence pure) que nous analyserons à l'aide d'une transformée de Fourier pour obtenir un spectre complet d'absorption.
  
  ==== Expérience 4 ==== 4/04/2018:
  Matin (2h): Léa: construction d'un résonateur de Helmholtz avec un tube en PVC et une bouteille de plastique. Erwan, Wenbi: Enregistrement de différents son avec différentes épaisseurs, analyse des résultats et transformée de Fourier Apres-midi (5h): Lea, Yanis: Construction d'un résonateur de Helmholtz en Plexiglas. Découpe au Fablab avec la découpeuse laser: Wenbi, Erwan: Prise des mesures de l'expérience avec le tube vide. Mise a jour du Wiki Rendez-vous avec notre encadrant : mise au point sur l'avancement du projet et discussions des résultats que nous avons obtenus dans la journée
  
  11/04/2018:
  Matin (2h): Léa: Théorie sur les ondes ultra sonores et réalisation de l'expérience d'interférence de deux ondes ultra sonores Erwan: Vérification des micros, mise en place du montage, tests des bruits blanc et rose Wenbi: Prise de main de Sylab et debut du programme pour la transformée de fourier Après-midi (4h): Léa: suite de l'experience du matin et prise de mesure du résonateur de Helmholtz et wiki.
  Erwan, Yanis: Mesures pour les différents échantillons
  Wenbi: Suite du programme scilab et test
  Romain: Théorie des résonateurs de Helmholtz, rédaction du rapport final et essai de l'analyse du spectre sur l'experience dans la boite de plexiglas avec emission d'un bruit blanc (ref EXPERIENCE 0).
  Grâce au programme crée sur scilab nous analysons le bruit enregistré par chacun des tuyaux pour les différents échantillons. Cela nous permet de savoir pour quelle fréquence l'échantillon utilisé est le plus absorbant. En utilisant un bruit blanc nous balayons une large bande de fréquence (contrairement à si nous utilisons une fréquence pure avec un GBF), la TF du bruit blanc nous permet d'obtenir une courbe de l'ensemble des fréquences émises et non d'une seule comme nous avons fait lors des tests.
  
  16/04/2018 au 16/05/2018:**
  

Rédaction du rapport et alimentation du wiki

http://www.ac-grenoble.fr/lycee/roger.deschaux/documents/Cours/Acoustique/Acoustique-Cours_1.pdf
https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_masse
https://www.knauf-batiment.fr/sites/default/files/knauf_kta2014_acoustiq_web.pdf
http://www.bruit.fr/images/stories/pdf/A5_isolement_acoustique.pdf
http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/178260/178260.pdf
https://notendur.hi.is/agust/kennsla/ee09/vee09/JCE1990p0883_FFT.pdf
http://lva.insa-lyon.fr/files/documents/bancs_kundt.pdf
http://perso.univ-lemans.fr/~jcpascal/Cours/ENSIM2A_VA1_TP_08_09.pdf
Loïc Hamayon, Réussir l'acoustique d'un bâtiment, Editions le moniteur, mars 2006
Louise Schriver-Mazzuoli, Nuisance sonores, Prévention, protection, réglementation, L'usine Nouvelle, Editions Dunod, Mai 2007
André Lecerf, Physique des ondes et des vibrations, Rappels de cours et exercices résolus,Lavoisier TEC&DOC
Norme AFNOR NF_EN_ISO10534-2_Tube_d_impedance_XFER

Nous tenons à remercier chaleureusement M. PAYAN, notre tuteur pour ses conseils et son soutient au cours de ce projet.
Nous remercions M.DUPUIS, M.TEIXEIRA, M.FERREIRA et Mme.SAJUS pour leur aide tout au long de ce projet.
Nous remercions également M.OLLIVIER et M.GRIMAL pour leurs expertise et oeil critique par rapport à nos résultats.