Analyse des phénomènes altérant la propagation des ondes acoustiques

Hypothèses sur les conditions de propagation

• Analyse de la propagation d'une onde sphérique decomposée selon les trajets rectilignes de rayons (ray-tracing et récepteur sphérique) ou cônes acoustiques (Randomized Tail-corrected Cone-tracing - RTC) : divergence sphérique - décroissance en 1/R²
  
  
• Vitesse du son et conditions de propagation en milieu aérien homogène (pas de gradient température, vitesse d'écoulement de l'air négligeable)
  
  
  
  
• Absorption atmosphérique (atténuation additionnelle) commandée par les paramètres d'humidité ambiante et de température (variation de pression atmosphérique négligeable)
  
  
• Atténuation en incidence rasante négligée (impédance de la surface)
  
  
• Milieu de propagation homogène (pas de gradient de température par exemple)

Hypothèses sur les conditions de réflexion

• Absorption en paroi
• Réflexion spéculaire
• Réflexion diffuse

Absorption en paroi

Lorsqu'une onde sonore frappe une paroi, une partie de l'énergie est réfléchie, l'autre partie est absorbée, transformée en chaleur (frottement des particules d'air en mouvement contre la texture de la paroi, notamment pour les matériaux poreux), et/ou en énergie mécanique (principe des membranes et diaphragmes), enfin une partie est transmise de l'autre côté de la paroi.

Par définition, le coefficient d'aborption physique de la paroi est égal au rapport de l'énergie absorbée à l'énergie incidente. Sa valeur est donc toujours inférieure à 1.

Réflexion spéculaire

Historiquement, les premiers logiciels de modélisation acoustique se bornaient à ne prendre en compte que la composante spéculaire de la réflexion sur les obstacles (hypothèse du "miroir acoustique" parfait).

Réflexion "diffuse" ou diffractée

L'énergie acoustique incidente est réfléchie dans de multiples directions. On parle de diffusion ou de dispersion (scattering) de l'onde réfléchie

Des groupes de travail à l'AES et au comité ISO ont travaillé depuis plusieurs années à la normalisation de ces indices et aux techniques de mesurage en distinguant :

• scattering coefficients (coefficient de dispersion)
• diffusion factors (facteur de diffusion).

Diffusion coefficient - coefficient de diffusion (d): Il mesure l'uniformité du son subissant une dispersion à la réflexion (distribution spatiale de l'énergie acoustique diffuse réfléchie).
L'objectif de ce coefficient est d'autoriser la comparaison entre des diffuseurs de conception différente (diffuseur à résidu quadratique - QRD par exemple).
Pour une définition détaillée et la norme de mesure voir : AES-4id-2001, JAES 49(3), 149-165, 2001.
Ce coefficient n'est pas utilisé dans CATT Acoustic.

Scattering coefficient - coefficient de dispersion (s): Il mesure l'énergie totale du son réfléchi de manière diffuse sous une incidence diffuse (mesure en chambre réverbérante) par rapport à l'énergie réfléchie spéculairement. L'objectif de ce coefficient est d'améliorer la prise en compte de la composante diffuse de la réflexion dans les logiciels de modélisation acoustique.
Pour une définition détaillée et la norme de mesure voir : ISO/CD 17497:2000, "Acoustics - Measurement of the random-incidence scattering coefficient of surfaces".
Ce coefficient peut être pris en compte dans CATT-Acoustic. Le logiciel appréhende cette composante diffuse selon une loi de distribution idéale dite loi de Lambert (distribution en Cosinus - diffuseur orthotrope).

Pour un approfondissement de ces notions et une compréhension de leur relation consulter les références bibliographiques suivantes :

• "Scattering in Room Acoustics and the Related Activities in ISO and AES," J. H. Rindel, 17th ICA Rome 2001, paper 6KN1.02
• "Contrasting surface diffusion and scattering coefficients", T. Cox, P. D'Antonio, 17th ICA Rome 2001, paper 6B.09.01.

Quelques ordres de grandeurs pour les valeurs de coefficient de dispersion prises en compte dans le logiciel CATT-Acoustic :

• 10-20% minimum pour toutes les surfaces (10% sur les surfaces de grande dimension)
• 30% à 125 Hz à 80% pour 4 kHz pour les aires d'auditoire
• Pour des surfaces rugueuses, où la rugosité est de l'ordre de grandeur ou supérieur à la longueur d'onde et une valeur décroissante pour les fréquences inférieure. Exemple si la rugosité et de l'ordre de 30 cm, prendre 80% pour >= 1kHz, 60% à 500 Hz, 30% à 250 Hz et 15% à 125Hz.
• Utiliser la fonction estimate() pour générer automatiquement un coefficient de diffusion dans chaque bande d'octave, déterminé en fonction d'une rugosité (profondeur en mètres des accidents de surface).
  Syntaxe : ABS ceiling = <15 10 11 12 12 12> L < estimate(0.4) >
• Utiliser "Auto edge diffusion" sur les objets tels que bureaux et éléments de mobilier dans les salles de classe, tableaux de fenêtre etc.