Confort acoustique automobile | Sensometric

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

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.

Les différences culturelles

La notion de confort automobile est une chose fort complexe. Il suffit, pour s'en convaincre, de comparer les critères de différents constructeurs. Pour satisfaire les exigences de leurs clients à la fois en confort et en agrément de conduite, les constructeurs français conçoivent des véhicules qui associent en général une suspension ferme à des sièges souples et enveloppants. En Allemagne, c'est souvent le contraire : la suspension est souple et les sièges sont fermes. A bord d'un véhicule allemand, les Français ont plutôt une impression de dureté à laquelle ils sont moins habitués. Mais, au fil des années, bon nombre de français se sont faits aux véhicules allemands… et inversement.

Les différences contextuelles

A bord d'un véhicule, conducteur et passagers n'ont pas la même perception des vibrations qu'ils subissent. Un conducteur éprouve rarement le mal des transports... alors que ses passagers, qui suivent pourtant la même route, ont plus de risques d'attraper la nausée. Pourquoi ? Tout est affaire de concomitance entre trois perceptions : celle du corps, celle des yeux... et celle qu'anticipe le cerveau. Un passager qui lit en voiture sera plus facilement malade qu'un autre : ce que ressent son corps ne correspond pas à ce que ses yeux voient. Mais même le passager attentif à la route est plus sujet au mal des transports que le conducteur. Celui-ci anticipe mieux les mouvements du véhicule, car il sait avec quelques fractions de seconde d'avance s'il va freiner, accélérer ou tourner le volant. Son cerveau peut donc mieux prévoir les sollicitations qu'il va subir que celui du passager.

Qu'est-ce que le bruit ?

Un bruit est un son qui produit une sensation auditive gênante ou désagréable. A l'origine de toute sensation auditive, il y a un corps qui vibre et constitue une source sonore. Il s'agit le plus souvent d'un solide (corde de violon, membrane de haut-parleur, etc.). Quand un corps est soumis à une sollicitation (un choc par exemple), ses différentes parties se mettent à vibrer. L'air environnant se met lui aussi à vibrer et forme autour de la source sonore des ondes de pression qui parviennent à l'oreille : c'est le son. La notion de son n'a donc de sens qu'en présence d'un organe récepteur : l'oreille. En fait, l'onde que perçoit l'oreille correspond à des variations de pression de l'air ambiant, désignées sous le terme de pression sonore. Ces variations de pression sont dues aux mouvements alternatifs des molécules de gaz autour de leur position d'équilibre (les molécules ne suivent pas la propagation de l'onde). Les mouvements sont très petits, de l'ordre du micron. Ils provoquent, de proche en proche, des zones où les particules d'air sont comprimées et d'autres où les particules d'air sont raréfiées : c'est l'onde sonore, ou onde acoustique.

Sources vibratoires

Les vibrations auxquelles sont soumis les passagers d’un véhicule proviennent essentiellement du moteur ou d’intermédiaires mécaniques entre le moteur et les roues, de la rotation des roues (balourd) ainsi que du sol. En phase de roulage basse vitesse sur une route dégradée, les vibrations du siège provenant de la rotation des roues et du moteur sont masquées par les sollicitations dues
aux irrégularités de la route. Ces dernières imposent aux roues des mouvements dont la composition en fréquence, la nature et l’amplitude dépendent du profil de terrain et de la vitesse de circulation. 

La perception des vibrations

La perception d'une vibration dépend tout d'abord de deux types de facteurs objectifs : 

1 - facteurs liés à la vibration elle-même

• amplitude
• fréquence
• amortissement

2 - facteurs liés au mode de propagation et à l'organe de réception :

• propagation dans l'air ou via un solide
• perception par l'oreille, les muscles, les autres organes
• direction de propagation

3 - facteurs intrinsèques à l'individu :

• âge, sexe, taille, corpulence 
• expérience, habitudes individuelles ou culturelles
• attentes, motivations

4 - facteurs contextuels :

• position du corps
• activité au moment de la vibration

Une grande diversité de routes...

Les routes sur lesquelles les véhicules sont amenés à se déplacer sont très hétérogènes. La taille, la forme, la fréquence d’apparition des aspérités de la chaussée sont très variables en fonction du type de réseaux considérés (autoroute, routes nationales, départementales, chemins, ...) et de l’état d’ancienneté du revêtement. Lors d’un parcours, les roues d’un véhicule rencontrent des obstacles très diversifiés dont la distribution est apparemment aléatoire tant sur l’aspect spacial que sur l’aspect temporel. Cette succession d’inégalités engendre au niveau de la roue des mouvements continuels dont le sens et l’intensité dépendent du profil de l’obstacle et de la vitesse de passage. Ces mouvements s’accompagnent d’accélérations verticales plus ou moins violentes. Lorsque le châssis est relié rigidement à la roue, ces accélérations sont directement transmises aux composants de la caisse, aux occupants et au chargement du véhicule.

Influence du revêtement routier 

Il est possible de caractériser une route et son revêtement à partir de son spectre de rugosité. Ce type de tracé présente les fréquences de variation spatiale du profil vertical de la route dans la direction de circulation du véhicule.

Uni

 Ce type d’irrégularité dépend du réglage des engins de mise en œuvre et de leur système de guidage, du nivellement et de la déformation du sol support de la chaussée. On distingue plusieurs catégories : l’uni grandes ondes, l’uni ondes moyennes et l’uni ondes courtes. Les défauts d’uni de grandes et de moyennes longueurs d’ondes ont un effet néfaste sur le confort dynamique (variation d’accélérations très basses fréquences) et la stabilité du véhicule, notamment à vitesse élevée.

Méga-texture

Sa longueur d’onde varie de 5 à 50 cm et son
amplitude de 1 à 50 mm verticalement. C’est une caractéristique liée au type de revêtement, à sa méthode de mise en œuvre, à sa dégradation et à son traitement ponctuel. Ces irrégularités ont une influence défavorable sur le contrôle et la stabilité du véhicule, les vibrations du pneumatique et les bruits basses fréquences.

Macro-texture

Elle correspond à des longueurs d’ondes
comprises entre 0,5 et 50 mm et des amplitudes comprises entre 0,2 et 10 mm. C’est une caractéristique liée à la méthode d’élaboration, à la dimension des granulats, au traitement des surfaces et à la mise en œuvre (compactage) du revêtement de la route. Elle a une influence favorable sur l’adhérence à moyenne et haute vitesse sur chaussée mouillée, les propriétés optiques du revêtement et les projections d’eau. Elle a une influence défavorable sur les bruits basses et hautes fréquences et sur la résistance au roulement.

Micro-texture

La longueur d’onde de la micro-texture varie de 0 à 0,5 mm. Son amplitude est comprise entre 0 et 0,2 mm. C’est une caractéristique qui dépend de la pétrographie du granulat et du procédé d’élaboration. Elle influence favorablement l’adhérence sur chaussée sèche et mouillée mais entraîne une augmentation de l’usure du pneumatique et du bruit haute fréquence. 

Exemples de bruits occasionnant de gênes auditives dans l'automobile



Bruits aérodynamiques

On distingue les bruits aérodynamiques liés à l'écoulement de l'air sur la structure du véhicule et les bruits parasites qui se déclenchent d'une façon intempestive mais qui n'en sont pas moins gênants (exemple : le sifflement d'une antenne ou d'un rétroviseur). Les bruits aérodynamiques sont les bruits qui persistent lorsque les portes et fenêtres sont fermées. Ils deviennent plus perceptibles à partir de 100 km/h . Leurs niveaux augmentent proportionnellement au cube de la vitesse. Ils se situent dans la gamme des moyennes et hautes fréquences de 300 à 10000 Hz.
L'aérodynamique extérieure du véhicule intervient. Il est irréaliste d'imaginer un objet qui se déplace dans l'air sans aucun bruit. Mais si l'on ne peut pas le supprimer totalement, on peut néanmoins le réduire. L'étude des bruits aérodynamiques est toujours abordée en relation avec les caractéristiques d'écoulement. Il existe différents régimes dans l'écoulement: Ce travail s'appuie sur les mesures quantitatives et qualitatives de l'écoulement à l'extérieur du véhicule et sur sa visualisation. Il est mené en soufflerie par les aérodynamiciens et par les acousticiens. On note cependant deux types de spectres de bruit d'écoulement, soit un spectre continu comme dans ta plupart des cas, soit un spectre présentant une réponse en fréquence bien caractéristique, comme le sifflement de rétroviseur ou d'antenne et le bruit de corne de brume. 

Bruits 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.

Bruits de frein

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.

Bruits 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.

Bruits 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. 

Bruits d'amortisseurs

Tapotement
Il apparaît en roulant à faible vitesse sur route un peu ondulée. On le perçoit comme un tapotement sur un petit tambour. C'est un bruit hydraulique. Il est lié à la loi effort vitesse de t'amortisseur qui présente des discontinuités. Ceci génère des chocs. qui par la fonction de transfert de la jambe de force. du train et de la structure prend cette "coloration" d'un bruit de tambour. Le bruit est généré au niveau des clapets de l'amortisseur. Il se transmet par voie solide à la carrosserie. On le traite soit en optimisant le fonctionnement interne de l'amortisseur, soit en filtrant convenablement ce dernier par rapport à la caisse.

Coup de canon
Il se produit lors de la descente de trottoir d'une seule roue avant. Sous le poids du véhicule. les ressorts se compriment. Quand on quitte le trottoir le ressort se détend et l'amortisseur arrive brutalement en butée. Ce choc provoque un bruit assimilable à un coup de canon. Il provient du choc de la tige sur la butée de l'amortisseur et du coincement du volume d'huile.
Plusieurs solutions existent pour atténuer la violence du choc. Il suffit d'augmenter la course de l'amortisseur ou de tarer davantage celui ci vers le rebond, mais c'est au détriment du confort. Il est possible de rendre plus progressive la butée de rebond. On retient généralement cette dernière solution.

Claquement d'amortisseur
Il apparaît à des vitesses faibles sur route déformées ou pavées. On ressent des rafales de petits claquements secs faisant penser à des chocs métalliques. Le bruit provient des composants internes des amortisseurs, il peut être davantage mécanique qu'hydraulique. Les attaches des amortisseurs participent à l'excitation ainsi qu'à la transmission du bruit.

Chuintement
C'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 pour la clapeterie. 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.

Grésillement
Il apparaît dans les mêmes conditions que le claquement. La solution industrialisable a été la pose d'un joint torique pour éviter le contact de la tige sur le corps. On vous fera entendre un amortisseur grésillant et un non grésillant.

Bruit de ressort
Il apparaît sur un obstacle comme sur une plaque d'égout à 40 Km/h. On le ressent comme une rafale métallique. Ce bruit est dût à des chocs entre spires. Il s'atténue en insérant du caoutchouc entre les spires (gaines antibruit). 

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Mesurer la perception du confort acoustique et vibratoire est absolument fondamental lors d'un développement de produit.

A propos

Sensometric est une entreprise spécialisée en analyse sensorielle et mesure physique. Sensometric est implantée au cœur de la région Rhône Alpes.

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