Décibel (bruit)

Le sonomètre sert à mesurer le niveau sonore en un point. Dès que les mesures sont destinées à appuyer une revendication ou à étayer les arguments d'une controverse, des règles précises définissent les méthodes de mesure. L'instrument effectue les conversions de la pression acoustique, les pondérations selon la tonalité du son et ses variations plus ou moins rapides.

L'instrument produit un résultat en dB SPL qui désigne le Sound Pressure Level (niveau de pression acoustique) par rapport à 20 µPa. Il propose des pondérations par fréquence, dont la plus courante est la pondération A, indiquée par un résultat en dB SPL (A).

Quand une spécification utilise le décibel pour une émission de bruit, il faut qu'elle indique la distance de la mesure. Une source sonore débite une puissance sonore (unité : watt) qui, s'il n'y a pas d'obstacle (on dit en champ libre) se disperse dans toutes les directions. L'intensité acoustique (W m⁻², watts par mètre carré) diminue à proportion de la surface sur laquelle la puissance se répartit au fur et à mesure que l'onde sonore s'éloigne de la source. Si la distance parcourue double, la surface quadruple. L'intensité acoustique, c'est-à-dire la puissance par unité de surface, se divise donc par quatre. Doubler la distance en champ libre, c'est retirer 6 dB.

D'une façon générale, le niveau sonore en champ libre est inversement proportionnel au carré de la distance, c'est-à-dire à la distance multipliée par elle-même. L'écart entre deux mesures de la même source en champ libre à des distances différentes est la valeur en décibels du rapport des distances.

Les études acoustiques destinées à établir les chemins de propagation du bruit dans un environnement peuvent utiliser l'intensité acoustique. Cette grandeur représente la puissance acoustique transmise dans une direction donnée. Elle s'établit généralement à partir du gradient de pression acoustique établi grâce à un réseau de capteurs, sinon à partir de capteurs de vitesse acoustique couplés avec un capteur de pression.

Une intensité acoustique n'implique pas toujours un niveau sonore. En cas d'onde stationnaire, l'intensité est nulle, alors que la pression acoustique ne l'est pas, et qu'on entend un son.

On trouve rarement des indications en dB SIL (Sound Intensity Level, niveau d'intensité acoustique). L'utilité de repérer un niveau en décibels, plutôt qu'une mesure utilisable pour les calculs, n'est pas évidente, et ne correspond pas en tous cas aux valeurs connues du public.

Pour permettre sur documents la comparaison entre deux sources de bruit, on utilise quelquefois le niveau de puissance acoustique, exprimée en dB SWL par rapport à 1 pW. Cette valeur s'obtient, soit en plaçant la machine en essai dans une chambre réverbérante, afin de mélanger les sons partant dans toutes les directions, soit en faisant une série de mesures tout autour de la source.

Le niveau obtenu n'a pas de rapport simple avec un niveau de pression acoustique, et les valeurs diffèrent de celles connues du public. Il sert à comparer deux sources, par exemple engins de chantier ou ordinateur de bureau, qu'on envisage d'utiliser.

Étiquettes concernant une minipelle.

L'écart entre sources de bruit s'exprime le plus souvent en décibels, affectés de la pondération adéquate. Pour que cette comparaison soit possible, il faut que la puissance qui sert au calcul des décibels soit la même grandeur et calculée identiquement.

Pour donner, avant l'installation, une idée de l'émission sonore d'une machine utilisée en intérieur, on doit indiquer sa puissance d'émission sonore L_W en dB SWL re 1 pW. Une différence de moins de 1 dB est imperceptible.

Certains fabricants communiquent la pression acoustique à 1 m en champ libre L_P en dB SPL re 20 µPa, beaucoup plus facile à mesurer. Les deux données, bien qu'exprimées toutes deux en décibels, ne peuvent se comparer.

Le décibel exprime des rapports entre des puissances. L'intensité acoustique est la puissance d'une onde sonore par unité de surface. C'est la grandeur qui convient le mieux pour la définition du décibel en acoustique. Le niveau de référence du décibel (acoustique) est 1 × 10⁻¹² W m⁻² (un picowatt par mètre carré).

Cependant, la grandeur qu'on mesure directement, avec un microphone, est la pression acoustique. La puissance développée par l'onde sonore est proportionnelle au carré de la pression acoustique. On a choisi un niveau de référence en pression acoustique qui soit équivalent, pour une onde sonore définie (par opposition à un champ sonore diffus où le son arrive de toutes les directions), à celle de l'intensité acoustique.

La valeur de référence 0 dB SPL est 2 × 10⁻⁵ Pa (20 micropascals)[2].

Une personne entendant normalement est plus sensible aux fréquences entre 1 500 Hz et 4 000 Hz avec une sensibilité maximale vers 3 500 Hz (voir les courbes isosoniques). Dans cette plage de fréquences, le niveau du son pur continu le plus ténu qu'une personne ayant une audition parfaite puisse entendre est un peu inférieur au niveau de référence 0 dB SPL[3] - [4] - [5]. Il existe de fortes variations suivant les sujets, notamment selon l'âge et l'exposition passée à des niveaux sonores élevés.

Le résultat de la mesure du seuil d'audition d'une personne donnée dépend des conditions de mesure et du signal utilisé[6].

C'est un niveau déterminé par la loi et les règlements, à partir duquel on estime qu'une exposition prolongée peut endommager l'audition. En France, ce niveau est de 80 dB SPL (A)[7]. La réglementation nationale impose de ne pas dépasser une valeur limite d'exposition au bruit fixée à 87 dB (décibels) pour 8 heures de travail[8].

Le réflexe stapédien protège l'oreille interne en agissant sur un muscle de l'oreille moyenne, de façon à diminuer la transmission des vibrations sonores. Il se déclenche au moment de parler et à l'exposition à un son supérieur de 80 dB environ au seuil de l'audition[9]. Le muscle stapédien se fatigue, et, au bout d'un certain temps, ne peut plus assurer sa fonction protectrice. C'est pourquoi on estime que le déclenchement du réflexe stapédien correspond à l'entrée dans la zone dangereuse pour l'exposition sonore prolongée.

À partir d'un certain niveau, la sensation auditive devient douloureuse.

Selon les sources, selon le contenu spectral et aussi selon les personnes, ce niveau se situe entre 120 dB SPL et 130 dB SPL[10].

La pression acoustique est une variation de la pression ambiante, ou pression atmosphérique.

Pendant une partie de la période, la pression acoustique (instantanée) se retranche de la pression atmosphérique. Si l'intensité sonore augmente, le reste se rapproche de zéro. On comprend bien que la pression ne peut pas s'abaisser en dessous de zéro. Quand la pression acoustique a la même valeur que la pression atmosphérique, elle se trouve à un maximum. On parle alors d'onde de choc. La pression atmosphérique au niveau de la mer est environ à 1 013 hPa, soit 1,013 × 10⁵ Pa. Si l'on pouvait encore parler de pression acoustique à ce niveau, cela représenterait un niveau à 0,7 × 0,5 × 10¹⁰ fois[alpha 2] le niveau de référence, soit 191 dB SPL, et moins à haute altitude, où la pression atmosphérique est plus faible[12].

• René Chocholle, « La mesure des niveaux de bruit », dans Le bruit, PUF, coll. « Que-sais-je ? » (n^o 855), 1973, 3^e éd.

• Institut national de recherche et de sécurité, Mesurer l'exposition professionnelle au bruit, 2009
• Institut national de recherche et de sécurité, dossier bruit