Confort acoustique automobile

confort-acoustique-automobile

Si le confort acoustique n’apparait pas toujours comme un critère de choix ou d’achat, il a un énorme impact en terme de perception du niveau de gamme d’un véhicule. Il intervient aussi bien dans le confort que dans le plaisir de conduite. Notons également que le confort acoustique automobile est valable pour les conducteurs mais également pour les riverains.

L’enjeu du confort acoustique automobile

Immersion

Lors d’un parcours, l’occupant d’un véhicule est totalement immergé dans un continuum sensoriel complexe où interagissent à la fois, la vue, l’ouïe, le toucher. Le confort peut être évalué durant toutes les phases d’utilisation d’un véhicule. Qu’il se trouve à l’arrêt ou en circulation, à faible ou grande vitesse, qu’il soit conducteur ou passager, l’occupant d’un véhicule est sans cesse capable d’estimer le confort de la situation dans laquelle il se situe.

Transmission d’un bruit

Source, transmission et émission

La source qui est à l’origine des bruits peut être transmise par voies solidiennes ou aériennes.

Source

La source peut être vibratoire ou acoustique. Par exemple, le moteur peut être la source de nombreux phénomènes vibratoires à l’origine des gênes pour les passagers.

Transmetteur

Les transmetteurs peuvent atténuer ou amplifier les vibrations d’un produit. Ils contribuent à la propagation des vibrations.

Émetteur

Zone du produit qui restitue les vibrations. Cela peut être les parois de la caisse du véhicule qui vibrent et émettent un bruit gênant lors de certains régimes moteur.

Sur le plan physique, l’onde sonore est la pression des molécules d’un milieu  élastique, l’air qui se déplace à la vitesse de 340 mètres / seconde, soit environ 1 200 km/h. Certains phénomènes sont liés à cette pression  comme la rupture du tympan, mais les neurorécepteurs de l’audition (les cellules ciliées  de la cochlée) ne sont pas stimulés par des pressions mais par des ondulations.

Sur le plan de l’acoustique, le transmetteur et l’émetteur peuvent chacun modifier la sonorité d’origine d’un bruit et donc compliquer considérablement l’identification de la source.

Équilibre des bruits et vitesse

Masquage des bruits

Dans l’automobile, nous avons principalement 3 sources de bruits :

  • Le groupe moto propulseur
  • L’aérodynamique
  • Les trains roulants

A 50 km/h, nous avons généralement un équilibre sonore entre les 3 sources. A 90 km/h, les bruits de moteurs et d’aérodynamique deviennent plus proéminent. A 130 km/h, les bruits de roulement (contact pneumatiques / route) deviennent très présent.

Modes

Bruits et emplacement

Lorsque l’air est enfermé dans un volume, il existe des fréquences de résonance « naturelles » qui sont les modes. L’excitation de l’air sur son mode génère des zones de silence (nœud) et des zones de bruit intense (ventre). La distance entre un nœud et un ventre dépend de la fréquence du mode. Plus la fréquence est élevée, plus la distance est courte :

  • Basse fréquence : le mètre
  • Moyenne fréquence : le décimètre
  • Haute fréquence : le centimètre

Le niveau de bruit peut donc parfois dépendre de la position de l’oreille … surtout pour les bruits basse fréquence.

Quelques exemples de gênes auditives dans l’automobile

Bruit des pneumatiques

Ce sont les bruits rayonnés du fait du contact pneumatique sur la chaussée, que l’on
peut entendre vitres ouvertes. Ils sont une composante importante du bruit émis à l’extérieur par une automobile. A grande vitesse, supérieure à 110 km/h sur autoroute,
les bruits de pneumatiques sont prépondérants par rapport aux bruits mécaniques et ils
constituent la principale gêne pour les riverains. Ces bruits sont dût aux vibrations engendrées par le contact du pneumatique sur la chaussée qui se propagent dans la structure et les flancs du pneumatique, lesquels rayonnent. Les compressions localisées de l’air dans les sculptures constituent la principale source.

Bourdonnement de caisse

C’est un bruit sourd qui s’apparente au bruit du vol du bourdon, d’où son nom. Ce bruit est caractérisé par la résonance de la caisse du véhicule. Suivant l’architecture des véhicules, la fréquence de sollicitation est comprise entre 20 et 200 Hz. La source du bruit est émise par l’harmonique 2 de rotation du moteur (H2). Il provient de la définition et du fonctionnement même des moteurs à explosion à 4 cylindres. Ce bruit est extrêmement désagréable pour le conducteur. Lors des tests, l’essayeur véhicule va donc balayer plusieurs plages du régime moteur pour déterminer si le bruit apparaît. Il notera son intensité et la récurrence. Est ce que le bruit de caisse apparaît à des régimes moteurs courant ou lorsque l’on roule aux vitesses légales.

Bruit de frein et hautes fréquences

Les bruits de frein ont tous pour cause une instabilité vibratoire des systèmes
garniture, disque, étrier, support, plus ou moins amplifiés par des résonances
mécaniques des pièces avoisinantes. Ils se transmettent quasiment uniquement par
voie aérienne. Parmi de nombreux bruits émis, le crissement de frein est l’un des plus connus et des plus désagréables. Ses fréquences se situent au-dessus de 2 à 3 kHz . C’est un bruit aigu. Il se produit en décélération jusqu’à une vitesse assez faible. Il provient de la mise en vibration des différentes pièces des freins à commencer par les disques.

Bruit de boîte de vitesse

C’est un son médium provoqué par les variations d’efforts liés à l’engrènement de
dentures générant des vibrations transmises à l’habitacle par voie aérienne et
solidienne. La fréquence du bruit de boîte de vitesse correspond à la fréquence d’engrènement (fréquence de rotation du pignon multipliée par son nombre de dents).
Les bruits de boite, pont, descente sont des sons purs de moyenne et haute
fréquence (de 300 à 8000 Hz), liés à l’engrènement des pignons. Ils sont liés
à l’écart cinématique d’engrènement. La qualité de l’engrènement dépend de la
définition de la géométrie de la denture, et de la qualité de fabrication des engrenages.
Pour les bruits de boite de vitesses, la fréquence varie avec le régime moteur et
dépend du rapport de boite engagé. Elle est parfois en relation avec la vitesse du véhicule. Les voies de passage sont essentiellement solidiennes pour les moyennes fréquences.


Bruit d’amortisseur : Le chuintement

Le chuintement est un bruit de large bande en fréquence (comme une chute
d’eau). Ce sont les turbulences de l’huile au niveau des clapets de l’amortisseur qui
produisent ce bruit. Il varie beaucoup avec le type de technologie employé. On l’entend bien à l’occasion des grands débattements des trains. Il se transmet uniquement par voie aérienne et on le réduit en travaillant les écoulements de l’huile dans les clapets. On le traite aussi par des bonnettes anti-chuintement qui permettent d’insonoriser les chapelles d’amortisseurs.

Bruit de percussion

Bruit sourd entendu lors du franchissement d’un obstacle du type « gendarme
couché », le passage sur une plaque d’égout ou un léger « nid de poule ». L’excitation est
du type choc au niveau des trains AV puis AR, qui excitent à leur tour la caisse à des
fréquences de 20 à 1000 Hz.

Il existe ainsi des dizaines de bruits répertoriés et qui doivent être évalués par les essayeurs véhicule.

Terminologie des bruits

Un terme pour chaque bruit

Évaluer un bruit, c’est avant tout savoir l’identifier avec certitudes. Un véhicule possède une quantité de sources d’émission sonore très importantes (Bruits en provenance des pneumatiques, de l’aérodynamique, de l’assemblage de matériaux … Certains constructeurs automobiles utilisent un jargon spécifique (leurs jargons) pour mettre un terme précis sur un bruit ou un phénomène acoustique. Cela est très utile pour éviter les malentendus et incompréhensions entre le bureau d’études et les essayeurs véhicules. A ce sujet, vous pouvez visiter notre article sur le langage et les ressentis

Outils

Un exemple d’outil avec la bibliothèque de son

Identifier, décrire ou sourcer un bruit est parfois très complexe. Comme nous l’avons vu précédemment, le transmetteur et l’émetteur peuvent chacun modifier la sonorité d’origine d’un bruit et donc compliquer considérablement l’identification de la source. De nombreuses confusions existent lorsqu’il s’agit de décrire un bruit. L’une des solutions consiste à créer une bibliothèque de son. Cette bibliothèque est très utile pour former des essayeurs véhicule. Cela évite des retours d’expériences souvent inexploitables.

Bibliographie

Pour aller plus loin

Byrne C, Henderson D, Saunders S, Powers N, Farzi F : Interactions of noise and whole-body vibration, in RecentAdvances in Researches on the Combined Effects of Environmental Factors, 1988

Maël Amari. Etude du confort vibro-acoustique automobile en simulateur. Acoustique [physics.class-ph]. INSA de Lyon, 2009. Français.


confort-acoustique-automobile