Quels matériaux permettent l’absorption ou la réflexion des sons ?

Lorsqu'une onde sonore rencontre un matériau, une partie en général importante de son intensité (ou de son énergie) est réfléchie ; une partie en général très faible est transmise à travers le matériau, et une dernière partie est absorbée. Cette absorption est une transformation de l'énergie acoustique en énergie mécanique (des mouvements, déplacements, vibrations) et parfois calorifique, et a lieu plutôt en surface du matériau. N'oublions pas que les énergies acoustiques sont toujours extrêmement faibles, donc les manifestations du phénomène sont le plus souvent inférieures à la limite de l'humainement perceptible.

I = Ir + Ia + It It << I donc I = Ir + Ia
On définit pour caractériser le phénomène le coefficient d’absorption appelé généralement alfa, ici a :
a = Ia / I
La qualité correspond en général à alfa élevé.

La solution
Pour supprimer une onde acoustique, il faut transformer son énergie rayonnante en une énergie non perceptible auditivement, par exemple en chaleur.

Grâce aux réflexions successives, une porosité du matériau absorbant facilite la " capture " de l’onde sonore. A chaque point de réflexion une partie de l’énergie est réfractée dans le matériau et transformée en chaleur.
Un isolant phonique idéal devrait avoir des spécifications atomiques et électromagnétiques telles que l'on parle d'un matériau isolant comme étant dense, amorphe, non cristallin et poreux.
Or ces propriétés sont contradictoires, et l'on remarque d'instinct les propriétés acoustiques des rideaux, tentures, fibres de verre, tôle, etc.

Si l'isolation phonique d'une salle doit être améliorée, on mettra l'accent sur l'épaisseur, la masse et le pouvoir de rayonnement, exprimé par un coefficient d'absorption du matériau.
Si, par contre, l'on vise une réduction de la réverbération, donc sur la diminution de réflexions successives, il faut insister sur le caractère lacunaire du revêtement de la paroi.

La réalisation de salles de concerts ou d’opéras est un véritable casse-tête pour les ingénieurs acousticiens. Les dimensions de la salle, les ouvertures (portes, fenêtres, arrière scène, etc.), les matériaux qui composent les parois, le plafond, les sièges, etc., vont fortement influencer la propagation des ondes sonores, et ce de manière variable en fonction de la fréquence!

Il ne faut pas confondre ABSORPTION et ISOLATION : l'absorption, c'est a élevé, ou Ir (intensité réflechie) faible; l'isolation est importante si It (intensité transmise) est très faible. Augmenter l'absorption, donc a, fait diminuer r, mais pas It ! En général, l'absorption est obtenue avec des matériaux de surface peu massifs. L'isolation ne peut être obtenue qu'avec de la masse, et / ou des couches multiples, dans l'épaisseur de la paroi.

Critères de choix de matériaux

Si l'onde sonore peut pénétrer à l'intérieur du matériau, elle y engendre des frottements, des déplacements de fibres légères, d'où transformation d'énergie. La porosité doit donc être de type ouverte (ex : laine de roche, et non polystyrène).

Ces matériaux ont un coefficient d'absorption faible aux fréquences basses, qui augmente avec la fréquence, et fort aux fréquences élevées. L'absorption aux fréquences basses est d'autant plus importante que le matériau est épais et que ses pores ou cavités sont grandes.

Ce type est le plus courant, le plus facile à utiliser, mais il ne permet pas une absorption uniforme en fréquence : c'est pourquoi presque toujours les Tr sont plus faibles aux fréquences basses.

• l'absorption dans les fréquences élevées est obtenue facilement avec les matériaux à porosité ouverte, fibreux, textiles.
• l'absorption dans les fréquences basses nécessite de l'espace pour installer des membranes ou des résonateurs dont l'encombrement est non négligeable lorsque l'on veut obtenir Tr faible.
• l'absorption dans les fréquences moyennes est réalisée par des matériaux poreux épais, des petits résonateurs ou plaques.
• il faut donc plusieurs modes d'absorption, donc plusieurs matériaux dans un local pour absorber uniformément sur tout le spectre.
• pour augmenter la surface d'absorption totale d'un local, on peut réaliser des surfaces convexes, les matériaux peuvent être placés ailleurs que contre les parois, par exemple suspendus au plafond; les géométries complexes, différentes de la planéité, la rugosité des surfaces, sont favorables.
• dans une salle, il est préférable que l’absorption soit indépendante du nombre de spectateurs. Pour cela, il faut recouvrir les sièges d’un matériau dont le cœfficient d’absorption est identique à celui du public. De la sorte, l’absorption est la même, que le siège soit vide ou non.

Quelques exemples de valeurs d'absorption 

coefficients 

alfa

matériaux

100Hz

1KHz

5KHz

moquette épaisse

0.1

0.5

0.75

rideau lourd

0.08

0.4

0.6

panneau contreplaqué

0.5

0.15

0.05

crépi grossier

0.05

0.15

0.25

porte

0.3

0.1

0.05

surface d'absorption 
S x alfa en m2
d'un élément

              

chaise

0.1

0.2

0.5

fauteuil

0.6

1.0

1.3

personne assise

0.2

0.55

0.8

retour en haut de la page