TECHNIQUE
Cool and Comfort 75 – novembre 2017

Focalisation sur la psychoacoustique

Quel bruit un ventilateur doit-il faire ?

Notre ouïe travaille en permanence, sans se reposer, afin que nos oreilles puissent percevoir des sons 24 heures sur 24. Les quelque 15.000 cellules ciliées de notre oreille interne captent les ondes sonores de chaque bruit, les transforment en signal et envoient ce dernier au cerveau, où il est traité. Ici commence la psychoacoustique en tant que composante de la psychophysique. La psychoacoustique est la science qui traite de la manière dont les gens perçoivent certains sons. Il s’agit notamment de la relation entre la perception subjective (psychologie) et les aspects physiques objectifs (acoustique) d’un son. Ou encore : pourquoi percevons-nous tel son comme agréable et tel autre comme désagréable ? En tant que fabricant de ventilateurs pour lequel le bruit est un aspect essentiel, ebm-papst doit dès lors se préoccuper de psychoacoustique lors du développement de ventilateurs.

Lorsqu’un bruit nous affecte négativement, par exemple lorsqu’il nous gêne, nous le qualifions de nuisance sonore. Le fait que ce soit effectivement le cas dépend de beaucoup de facteurs (illustration 1). La situation dans laquelle se trouve la personne joue notamment un rôle, tout comme le volume et le type de bruit. Le même raisonnement s’applique aux ventilateurs. En fonction de l’endroit où se trouve le ventilateur, ce dernier doit répondre à différentes exigences. Par exemple, lorsque les ventilateurs de l’échangeur thermique d’une installation de froid sont implantés là où les gens passent peu de temps, le volume ou le type de bruit ont moins d’importance. Mais lorsqu’il s’agit de ventilation et de climatisation dans des locaux d’habitation ou de travail, d’autres exigences sont émises concernant le bruit. Cela ne veut cependant pas dire que tous les ventilateurs doivent fonctionner silencieusement. Dans beaucoup d’applications, le bruit du ventilateur sert aussi de contrôle de fonctionnement ; la hotte d’aspiration d’une cuisine en est un exemple typique.

Le bruit que fait un ventilateur est souvent déterminant lors du choix du ventilateur approprié. Outre les caractéristiques aérauliques, le bruit prend également de plus en plus d’importance. Le spectre sonore d’un ventilateur comporte en général des composantes tonales et large bande. Les façons dont ces dernières naissent sont totalement différentes. La plupart des composantes tonales découlent de l’interaction entre le rotor tournant et les perturbations dans le flux d’air avoisinant, causées par la suspension du moteur, les aubes directrices, ou encore le flux d’air entrant asymétrique. Elles dépendent donc des conditions d’encastrement du ventilateur. Elles peuvent souvent être réduites, voire empêchées, en corrigeant l’implantation du rotor. Contrairement aux composantes tonales, la plupart des composantes sonores large bande sont dues à des turbulences inévitables dans l’air entrant et spécifiquement autour des pales. Les composantes large bande déterminent la base du spectre sonore. L’entreprise ebm-papst a déjà pris beaucoup d’avance dans ce domaine et de nombreuses façons de réduire le bruit des ventilateurs y sont déjà connues. On peut citer notamment l’utilisation de rotors, d’ailettes, de diffuseurs et de grilles d’entrée d’air, optimisés sur le plan aérodynamique et qui réduisent sensiblement la puissance et l’intensité sonores des ventilateurs. L’illustration 2 montre un exemple de cette réduction sensible du bruit pouvant être atteinte en utilisant une FlowGrid (grille d’entrée d’air) et un AxiTop (diffuseur).

Une baisse du niveau sonore d’à peine quelques décibels signifie que le ventilateur est déjà beaucoup plus silencieux. Toutefois, le niveau sonore n’indique pas si le bruit est perçu comme agréable ou désagréable. Par exemple, une trompette et une excavatrice sur un chantier ont environ le même niveau sonore, mais notre jugement psychoacoustique en est totalement différent. L’Illustration 3 montre un autre exemple : dans ce cas, les spectres sonores (les deux courbes) sont différents, mais leur niveau total est (presque) identique : 69,7 dB (A). En voyant la composante de basse fréquence plus élevée du spectre bleu (musique), on pourrait éventuellement supposer que ce bruit est plus dérangeant. Mais l’ouïe humaine évalue les bruits de façon toute différente.

Être silencieux ne suffit pas

Pour une évaluation subjective des bruits, il est par exemple important de savoir à quel degré les sons sont perçus comme ‘agressifs’ ou ‘intenses’. De telles perceptions peuvent naître lorsqu’un signal prend une forme sonore différente en raison d’un changement de fréquence. De nombreux bruits comportent également des composantes tonales qui peuvent être très dérangeantes. Mais le degré de ce dérangement varie d’une personne à l’autre, ce qui rend encore plus difficile l’évaluation.

Le spécialiste des moteurs et des ventilateurs ebm-papst Mulfingen va un pas plus loin en intégrant cet aspect de psychoacoustique dans son processus de développement. L’entreprise veut en effet que les ventilateurs silencieux GreenTech EC fassent un bruit agréable. Pour les développeurs, un objectif qualitatif à long terme serait une norme, indépendante des fabricants, concernant cet aspect difficile, comme il en existe déjà pour réglementer la protection contre les nuisances sonores. Même lorsque le bruit satisfait aux Directives techniques allemandes de protection contre les nuisances sonores (TA Lärm), une pompe à chaleur installée à l’extérieur peut gêner le voisinage parce qu’elle émet un ronflement dérangeant. Avec des ventilateurs optimisés sur la base de critères psychoacoustiques, vous êtes plus tranquille.

La recherche de ventilateurs au bruit agréable

Pour effectuer ses essais, ebm-papst a créé une ‘chambre d’essais psychoacoustique’, l’ « AudiMax » (illustration 4). Il s’agit d’une pièce insonorisée pouvant accueillir jusqu’à huit participants chargés d’écouter le bruit émis par un ventilateur dans différentes configurations. Ces participants sont ensuite soumis à un questionnaire ayant pour but de créer une base de données à caractère scientifique, regroupant des paramètres psychoacoustiques tels que : le volume du bruit (unité : sone), l’intensité du bruit (unité : acum), la hauteur de son du bruit (unité: mel), le degré d’agressivité du bruit (unité : asper), ou encore le degré de fluctuation du bruit (unité : vacil). La tonalité et l’impulsivité constituent d’autres caractéristiques importantes. Elles sont d’abord mesurées à l’aide de micros (illustration 5) puis comparées aux remarques des participants aux essais.

Les constatations des participants aux essais sont analysées à l’aide de méthodes statistiques et psychologiques. Ces résultats sont utilisés pour le développement des produits ; ils permettent de distinguer les mesures efficaces pour réduire les nuisances sonores occasionnées par les ventilateurs, de celles qui ne le sont pas. Le but ultime est de développer un ventilateur qui soit perçu comme le plus agréable possible par un maximum de participants aux essais. L’ « AudiMax » contribue donc à affiner davantage notre technologie GreenTech EC. La réduction de la nuisance sonore est un objectif de développement important d’un point de vue écologique, parce que le bruit est également une forme de pollution. Un bruit irritant affecte la qualité de vie et peut, à l’extrême, provoquer des maladies.

Par Rob Peeters (Responsable Produits chez ebm-papst Benelux B.V.) et Denise van Roosmalen (marketing et communication chez ebm-papst Benelux B.V./S.A.)