thumb|Un sonomètre utilisé en extérieur Un sonomètre est un instrument destiné à mesurer le niveau de pression acoustique, une grandeur physique liée au volume sonore. Il s'utilise dans les études de pollution sonore et d'acoustique environnementale pour quantifier le bruit et les nuisances sonores, principalement les bruits industriels et de transports routier, ferroviaire et aérien. En acoustique architecturale et en sonorisation, il sert à évaluer la répartition des niveaux sonores dans les locaux.
Le sonomètre donne généralement un niveau en décibels. On trouve parfois l'appellation décibelmètre. Il donne un niveau en un point et à un moment donnés. Le dosimètre de bruit ou exposimètre est porté par un salarié pendant une durée prolongée, représentative de l'exposition sonore habituelle pour évaluer le niveau d'exposition quotidienne (Lexd).
Le niveau de pression acoustique brut ne correspond pas à la perception sonore humaine ; pour cela, des pondérations sont nécessaires, tenant compte des fréquences et de la durée de mesure. La norme internationale CEI 61672:2003 définit par des tables les réponses en fréquence A et C et Z (zéro, sans filtre). Elle prévoit aussi les temps d'intégration lent ou rapide. Ces réglages correspondent à des niveaux de bruit plus ou moins forts et à des bruits plus ou moins réguliers.
Les sonomètres les plus perfectionnés effectuent une mesure du bruit par bandes de fréquence, qui permettent le calcul de la sonie selon la norme ISO 532, qui vise à rapprocher le résultat d'une mesure de la perception.
Mesure d'un niveau sonore Comme tous les instruments de mesure, les sonomètres doivent être régulièrement calibrés avec une source étalon.
Un microphone placé à l’avant de l’appareil capte les sons provenant de toutes les directions. Pour éviter les perturbations, il faut l'éloigner des obstacles. Si l'opérateur ne peut le poser sur un trépied et contrôler à distance ou enregistrer la mesure, il doit le tenir à bout de bras et de préférence plus haut que la tête.
Le compte-rendu de mesure doit préciser la position du sonomètre par rapport à la source sonore et aux principaux objets du lieu de la mesure et les réglages utilisés : pondération en fréquence A, C ou Z ; pondération temporelle S, F, I ou crête.
Principe de fonctionnement
Le sonomètre convertit la pression acoustique en signal électrique, le filtre selon une courbe normalisée, en produit la valeur efficace qu'elle intègre sur une durée choisie.
Le sonomètre comprend un microphone omnidirectionnel, c'est-à-dire dont la réponse ne dépend pas de son orientation par rapport à la source sonore. Les performances de ce microphone déterminent les limites d'usage du sonomètre, tant du côté des faibles niveaux, dont le bruit de fond propre du capteur perturbe la conversion, que du côté des forts niveaux, pour lesquels la distorsion aboutit aussi à des erreurs systématiques, qu'un appareil de bonne qualité métrologique corrige dans la mesure du possible, au cours du traitement. Ce transducteur convertit les petites variations de pression atmosphérique qui constituent la pression acoustique en signal électrique. Un premier circuit électronique amplifie ce signal.
Le traitement du signal oblige à : filtrer en fréquence pour pondérer l'influence des graves et des aigües selon une des courbes normalisées ; obtenir la valeur efficace de ce signal avec une constante de temps adéquate.
Les circuits analogiques les plus simples utilisent un procédé semblable à celui du VU-mètre. L'inertie du galvanomètre donne l'intégration la plus rapide ; un condensateur peut augmenter la constante de temps jusqu'à celle nécessaire pour la réponse lente. Des appareils analogiques plus précis utilisent un circuit intégré qui donne un signal de sortie analogue à la valeur efficace du signal d'entrée, avec la constante de temps désirée. Cette intégration amortit les variations de la mesure. Un signal qui, à l'entrée d'un l'intégrateur à constante de temps de , passerait brusquement de 0 à 1 et resterait stable à ce niveau, mettrait pour arriver à 0,63, pour arriver à 0.95, et pour arriver à 0,993. L'évolution en diminuant est ralentie dans les mêmes proportions. Quand la puissance sonore varie plus rapidement que la constante de temps, la sortie de l'intégrateur donne ainsi une valeur moyenne. En mode crête, le circuit comporte une diode, de sorte que la croissance est rapide, tandis que le retour à zéro est long. La numérisation du signal permet d'obtenir la valeur par calcul quelle que soit la gamme.
Dans tous les cas, lorsque l'affichage est analogique, l'utilisateur doit choisir une gamme qui donne une déviation moyenne de l'aiguille.
Dans le traitement numérique, toutes les opérations s'effectuent par des calculs sur le signal converti en flux de données. Un appareil perfectionné peut améliorer la précision de mesure et l'extension du domaine d'utilisation par correction de l'erreur systématique du microphone. Il peut calculer le niveau sonore par bandes d'octave ou de tiers d'octave. Dans les mesures de niveau en sonorisation ou en acoustique architecturale, la répartition de l'énergie sonore peut avoir plus d'importance que le niveau global.
Les appareils affichent généralement le résultat en décibels. Le décibel correspond à 20 fois le logarithme décimal du rapport entre la pression acoustique mesurée et celle de la pression acoustique de référence, égale à (20 micropascals). La valeur de référence correspond, pour une onde plane progressive, à une puissance de (1 picowatt par mètre carré). Le décibel est un repère logarithmique d'usage général. On exprime les résultats de la mesure au sonomètre en indiquant la pondération utilisée : (, niveau de pression acoustique) pour la position Z (pas de filtre pondération), ou éventuellement dans les autres cas. Il faut aussi porter le choix d'intégration de la mesure : lent, rapide ou crête. Quand l'appareil applique les méthodes de mesure de la sonie ou bruyance prévues par la norme internationale ISO 532, afin d'obtenir un résultat plus proche de l'impression subjective; il indique le niveau en sones.
Pondérations fréquentielles
Dans de nombreux pays, le niveau sonore est contrôlé dans les entreprises pour protéger les travailleurs contre le risque de surdité causée par le bruit et dans l'environnement pour garantir la tranquillité des habitants. Les lois et règlements imposent la plupart du temps l'usage d'experts utilisant des sonomètres certifiés (Classe 2), réglés pour la pondération A pour les mesures destinées à avoir des conséquences juridiques.
La courbe de pondération fréquentielle A, créé en 1936, était basée historiquement sur le tracé de courbes isosoniques pour les faibles niveaux sonores, tandis que la pondération C devait refléter mieux la perception de niveaux élevés (supérieurs à ). Des recherches intervenues depuis ont fait évoluer la forme des courbes isosoniques, et la valeur de la pondération A a pu être remise en cause, particulièrement pour pondérer des mesures de bruit à niveaux élevés. Elle n'en est pas moins juridiquement la norme requise pour la quasi-totalité des mesures et possède l'énorme avantage pratique de permettre la comparaison des anciennes données avec les nouvelles mesures.
Initialement, la pondération fréquentielle A, qui donne moins d'importance aux sons graves, avait été conçue pour les faibles niveaux sonores situés dans la zone des , mais elle est maintenant obligatoire pour tous les niveaux. La pondération fréquentielle C est cependant encore utilisée pour la mesure de la pression acoustique de crête dans certaines législations. La plupart des sonomètres ne proposent plus la pondération B, une pondération intermédiaire entre les courbes A et C qui n'a plus aucune utilité pratique.
La pondération D a été conçue pour une utilisation dans la mesure du bruit des avions équipés de réacteurs à simple flux, c'est-à-dire, depuis la disparition du Concorde, des types d’avions militaires. Pour toutes les mesures de bruit sur des avions civils c’est la pondération A qui est utilisée en application des normes de l'ISO et de l'ICOA.
Pondération temporelle La norme prévoit trois types de pondérations temporelles S (constante de temps ) initialement appelée F (constante de temps , initialement appelée I (constante de temps ) initialement appelée
Leurs noms ont été changés dans les années 1980 pour être les mêmes dans toutes les langues. La pondération temporelle I n'est plus dans la norme, car elle ne permet pas d'évaluer véritablement un bruit impulsif.
Les sonomètres peuvent inclure un mode crête () qui conserve la plus forte pression acoustique instantanée mesurée, jusqu'à la remise à zéro.
Sonomètre intégrateur
Très souvent, les niveaux sonores ne sont pas constants. L'émission sonore d'une machine, qu'il s'agisse d'une presse hydraulique ou d'une photocopieuse, peut varier au cours du cycle de travail. Dans un atelier, aux cycles de travail variés des machines peuvent s'ajouter des bruits percussifs, très brefs. Dans une salle de danse on diffuse des musiques variées, avec des intervalles. Le niveau maximal n'est pas la seule mesure pertinente. Seuls les niveaux sonores extrêmes peuvent causer des lésions auditives immédiates. Au contraire, l'exposition prolongée à des niveaux moyens, de l'ordre de à augmente le risque de lésions auditives.
Un Sonomètre intégrateur accumule la puissance sonore captée au cours du temps pour donner une exposition sonore sur une certaine période, comme le compteur électrique d'une installation domestique accumule la puissance électrique pour donner une consommation.
Les sonomètres intégrateurs peuvent exprimer le résultat brut de cette intégration, c'est-à-dire l'équivalent d'une énergie sonore totale reçue (avec la pondération fréquentielle adéquate), en ou en . Pour faciliter la comparaison avec les autres mesures de niveau sonore, ils convertissent souvent leur résultat soit en niveau d'exposition (SEL), soit en niveau équivalent (Leq)Commission électrotechnique internationale : Électropedia :801-22-14 niveau de pression acoustique pondérée ;801-22-11 niveau équivalent continu de pression acoustique ; 801-22-16 niveau continu équivalent de pression acoustique pondérée (en fréquence) ; 801-22-17 Niveau d'exposition au bruitBruel & Kjaer, Leq, SEL, application note.. SEL: Niveau d'exposition Le niveau d'exposition est le niveau qui aurait donné, en une seconde, le même cumul que celui obtenu pendant toute la période de mesure. où T0 est le temps de référence, de 1 seconde.
La mesure du niveau d'exposition utilise normalement la pondération A pour la détermination de l'énergie acoustique. Les résultats qui utilisent une autre pondération doivent le mentionner. LEq: Niveau moyen équivalent Le SEL n'est pas beaucoup utilisé pour la mesure du bruit industriel, on lui préfère habituellement la valeur moyenne. C'est le niveau sonore moyen par unité de temps ou comme habituellement appelé « niveau moyen équivalent » () correctement désigné par symbole LAT communément abrégé en LEq.
Le niveau équivalent Leq est celui de la moyenne quadratique de la pression acoustique pendant la période d'exposition.
La mesure du niveau équivalent utilise souvent la pondération A pour la détermination de l'énergie acoustique.
Pour mesurer le LAT un sonomètre intégrateur est nécessaire. Soit on obtient la valeur énergétique, on la divise par le temps écoulé, et on prend 10 fois le logarithme décimal du résultat, soit on prend la valeur du SEL et on lui retranche 10 fois le logarithme du temps écoulé (en secondes).
LEq court L'enregistrement des valeurs successives du LEq sur une très courte durée, par exemple à 1/8 seconde d'intervalle, est une méthode d'évaluation des niveaux de bruit.