Perception des vibrations

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La perception des vibrations est une composante fondamentale à prendre en compte lors d’un développement produit. Les vibrations peuvent être transmises par voie solidienne ou aérienne. Comme tous systèmes mécaniques, nos organes sont sensibles aux vibrations transmises par toutes sortes d’émetteurs. En l’occurrence, un produit peut nous transmettre de nombreuses vibrations, plus ou moins gênantes sur le plan de la perception et donc de la satisfaction client. Par exemple, les vibrations transmises par le volant d’un véhicule peuvent générer un désagrément sur le confort d’utilisation du produit et impacter négativement la satisfaction de l’usager. De même, certains bruits ont des fréquences particulièrement désagréables lors de l’expérience client.

Transmission

Les étapes lors de la transmission des vibrations

Source

La source peut être vibratoire mais également acoustique.

Transmetteur

Les transmetteurs peuvent atténuer ou amplifier les vibrations d’un produit.

Émetteur

Zone du produit qui restitue les vibrations. Cela peut être le volant d’un véhicule.

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. Le Transmetteur et l’émetteur peuvent chacun modifier la sonorité d’origine d’un bruit et donc compliquer considérablement l’identification de la source.

Perception des vibrations

Une multitude de facteurs

La perception des vibrations dépend de nombreux paramètres et bien entendu des caractéristiques physiques de la vibration comme sa direction, sa fréquence ou son intensité. Le comportement biomécanique du corps humain influence évidement la perception des vibrations du corps entier à travers les résonances du corps. Il est généralement admis que le corps humain, soumis à des vibrations, peut être considéré comme un système très complexe présentant des réponses biophysiques liées à son anatomie. Voici quelques éléments complémentaires et à prendre en compte :

  • La zone de contact entre le corps et la source d’excitation
  • La taille de la surface de contact
  • La posture du sujet. Par exemple, chez l’homme assis, les premières résonances apparaissent entre 3 et 6 Hz puis entre 8 et 14 Hz
  • Le port de vêtement pouvant atténuer certaines vibrations
  • L’anatomie de l’individu…

Son

Fréquence

La fréquence s’exprime en Hz et correspond au nombre d’oscillations d’une vibration par seconde. Les limites moyennes humaines sont comprises entre 20 Hz et 20 000 Hz. C’est en quelques sorte notre bande passante. Les sons situés sous la borne des 20 Hz sont appelés infrasons. Au delà de la borne des 20 000 Hz, les sons deviennent des ultrasons. Les basses fréquences sont perçues comme des sons graves, et à l’inverse, les hautes fréquences comme des son aigus.

Intensité

L’intensité est mesurée en décibels (dB). C’est une pression qui s’exerce sur nos tympans. Les pressions sonores augmentent infiniment plus que nos capacités de perception. Le seuil auditif correspond à une pression sonore de 10-16 watt/cm2 tandis que le seuil supportable se situe à 10-6 W/cm2 . Le seuil de douleur se situe généralement autour de 120 dB. Il existe donc un immense delta entre le seuil auditif et notre seuil supportable, la douleur. Pour représenter cela, une échelle d’intensité a été crée. Chaque fois que le pression est multipliée par 10, le nombre de dB est également de 10.

Perception des vibrations - Usageo

Fréquences gênantes

  • Aux alentours de 80 dB, les bruits sont perçus comme fatiguant.
  • Aux alentours de 100 dB, ils deviennent dangereux.
  • Aux alentours de 120 dB, ils deviennent douloureux.

Âge et perte d’audition : La presbyacousie

la perte d’audition s’accentue avec l’âge. Lors de tests de ressentis, par exemple l’évaluation de bruits, il faut prendre en compte l’âge de la cible du produit lors de la constitution de l’échantillon. Une personne de 20 ans n’aura pas la même perception et le même jugement d’un produit sur le plan du bruit, qu’une personne de 60 ans.

Fréquence de résonance du corps humain

L’humain résonne

Lorsque la transmission entre l’émetteur et le récepteur (l’organe) devient maximale, nous parlons alors de la fréquence de résonance. Il s’agit de fréquences auxquelles les amplitudes des oscillations des différents éléments du corps humain sont maximales. La transmission vibratoire et ses effets sur l’humain est maximale lorsque la fréquence de résonance sollicite la fréquence propre à chacun de nos organes. Bien que l’humain puisse être considéré comme un système amorti, la fréquence de résonance est très proche de la fréquence propre de chacun de nos organes. Au-dessous de 2 Hz, le corps réagit comme une masse unique sans résonance interne.

A chaque parties du corps sa fréquence

Les yeux sont particulièrement sensibles à des fréquences comprises entre 30 et 80 hertz. Suivant la corpulence des individus, l’abdomen est sensible à des valeurs un peu moins élevées qui se situent dans une plage comprise entre 4 et 8 hertz. En ce qui concerne les viscères, des fréquences de résonances sont observées entre 4 et 5 Hz pour l’estomac, 4 et 8 Hz pour le foie, 5 et 6 Hz pour le cœur et 6 et 12 Hz pour les reins. Les mains entrent en résonance dans une plage plus élevée et plus étendue comprise entre 60 et 200 hertz.

Pour information, le seuil minimal de perception est de 0.01 m/s2

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Solution lors d’un développement produit

S’assurer que le produit n’occasionne pas de gênes

Une étude préalable et la connaissance approfondie des caractéristiques biomécaniques de l’humain seront indispensable lors d’un développement produit. A partir de ces connaissances, il sera important s’assurer, par de la mesure, que les fréquences transmises par votre produit ne provoquent pas de gênes chez l’utilisateur. Exemple : Positionner un accéléromètre sur une zone de préhension d’un produit afin de vérifier que les vibrations transmises ne correspondent pas à la plage de fréquence de résonance des mains de l’usager.

Exemples de gênes dans l’automobile

Confort automobile et basse fréquence

Les états nauséeux ou autres désagréments dans l’automobile sont parfois corrélés et causés par la fréquence verticale de suspension du véhicule. Ce fût particulièrement le cas dans le passé, ou les constructeurs n’avaient pas toute les connaissances sur ce sujet.  A l’heure actuelle, ce n’est plus le cas. Les constructeurs automobiles prennent en compte ce phénomène lors du développement de la suspension d’un véhicule. La raideur des amortisseurs d’une automobile est choisie de sorte que la fréquence propre des oscillations verticales de la caisse corresponde à la fréquence à laquelle le corps humain est le moins sensible. Cette fréquence est d’environ 1 Hertz.

Impact négative sur la santé

Normes

Les métiers présentant des risques d’exposition importante aux vibrations sont soumis en France aux articles du code du travail :

R. 4441-1 à R. 4447-1 issus du décret n° 2005-746 du

En effet, certains produits comme le marteau piqueur (cas d’école) peuvent causer des troubles musculo-squelettiques ou neurologiques importants. Le décret impose notamment des valeurs comme la limite d’exposition fixée à 1,15 m/s²

Bibliographie et liens

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

Berthoz A : Effets des vibrations sur l’homme. In Scherrer J : Précis de physiologie du travail, 1992, 2ème édition,Masson édit, Paris

Bruskin ZZ : Several points concerning hygienic standardization and evaluation of industrial noise and vibration. MedTr Prom Ekol, 1994, 7, 15-18

GRIBENSKI A. (1964). L’audition, Paris, PUF.

Une expérience fascinante sur les modes de résonances accessible ici.

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