Mesure et simulation acoustiques en milieu urbain. - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Measurement and simulation in urban acoustics.

Mesure et simulation acoustiques en milieu urbain.

Résumé

In this thesis, we propose a method to guide the acoustic design process at different scales, from a classroom to an entire city. For this purpose, we have developed a raytracing method designed to track the multiple reflections of sound in complex 3D scenes.In room acoustics, the two most usual challenges are to determine the ideal layout for a given amount of acoustic absorber, and to orient reflective panels in excessively reverberant rooms. Traditionally, acoustic parameters (sound level, reverberation time, clarity) have been used to detect areas of the audience where acoustic comfort is not guaranteed. However, they do not systematically identify which areas of the stage need to be modified. For the first application, we propose a panoramic image that synthesizes the arrival directions of multiple reflections, on all the receivers that make up the audience. This graphic is used to find the ideal location for absorbent panels in a classroom, and to improve the shape of an acoustic false ceiling inside a chapel. The results show significant improvements in clarity values in both cases. In the classroom, the result was verified by measurement in the presence of a live audience. In the chapel, another graphic based on the same principle was used to study the acoustic envelopment effect (lateral energy).In urban environments, noise pollution has considerable impact on the comfort and health of residents. In addition to the presence of numerous noise sources, multiple reflections between building facades contribute to increasing ambient noise levels. For the second application, we propose to treat the design of a city like that of a concert hall, by studying the role of the buildings' shape on the propagation of sound reflections. Here, we invert the panoramic graph proposed in the first application to represent the multiplicity not of receivers, but of sound sources. The result can then be compared with field measurements taken with an acoustic camera. The study will examine Pasaia, a small port town in the Spanish Basque Country, which features a variety of urban patterns: a historic center, tall towers, a harbor, narrow pedestrian streets and major roadways. Acoustic camera measurements and raytracing simulation revealed three distinctive urban configurations. Based on these findings, the simulation is used to propose different scenarios for modifying the shape of the city in order to reduce noise levels on the most exposed facades.Raytracing simulation and spatial representation of multiple reflections, either on multiple receivers or from multiple sources, provide guidance for the shape and material design, regardless of the geometry of the scene and contribute to the multidisciplinary approach of Urban Physics.
Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'aide à la conception acoustique applicable à plusieurs échelles, allant de la salle de cours à la ville entière. Pour ce faire, nous avons développé une méthode de lancer de rayons qui permet de suivre les réflexions multiples du son dans des scènes 3D complexes.En acoustique des salles, les deux enjeux les plus courants consistent à déterminer la disposition idéale d'une certaine quantité d'absorbant acoustique et à orienter des panneaux réfléchissants dans les salles trop réverbérantes. Les paramètres acoustiques historiquement utilisés (niveau sonore, temps de réverbération, clarté) permettent de détecter les zones du public où le confort acoustique n'est pas assuré. En revanche, ils ne permettent pas toujours d'identifier les surfaces de la scène qu'il faut modifier. Dans la première application de la thèse, nous proposons un nouveau graphique panoramique qui synthétise les directions d'arrivée des réflexions multiples, sur l'ensemble des récepteurs qui constituent l'audience. Ce graphique a permis de trouver l'emplacement idéal de panneaux absorbants dans une salle de cours, et d'améliorer la forme d'un faux plafond acoustique à l'intérieur d'une chapelle. Les résultats montrent que les solutions identifiées améliorent significativement les valeurs de clarté dans les deux cas. Dans la salle de cours, le résultat a été vérifié par la mesure en présence d'un public. Dans la chapelle, un autre graphique basé sur le même principe a été utilisé pour étudier l'effet d'enveloppement acoustique (énergie latérale).En milieu urbain, les nuisances sonores ont un impact très important sur le confort et la santé des habitants. Outre la présence de nombreuses sources de bruit, les réflexions multiples entre les façades des bâtiments contribuent à l'augmentation du niveau sonore ambiant. Dans la seconde application de la thèse, nous proposons de traiter la conception d'une ville comme celle d'une salle de concert, en étudiant le rôle de la forme des bâtiments sur la propagation des réflexions sonores. Pour cela, nous inversons le graphique panoramique proposé dans la première application afin de représenter la multiplicité, non plus des récepteurs, mais des sources sonores. Le résultat peut alors se comparer à la mesure du champ par caméra acoustique. L'étude porte sur Pasaia, une petite ville portuaire du pays basque espagnol qui présente différents motifs urbains : un centre historique, de hautes tours, un port, des rues piétonnes étroites et de grandes voies de circulation. La mesure par caméra acoustique et la simulation par lancer de rayons ont permis d'identifier trois configurations urbaines distinctes. A partir de ce constat, la simulation est utilisée pour proposer différents scénarii de modification de la forme de la ville afin de réduire le niveau sonore sur les façades les plus exposées.Grâce à la simulation par lancer de rayons et à la représentation spatiale des réflexions multiples, soit sur plusieurs récepteurs soit à partir de plusieurs sources, il est possible de guider la conception de la forme et des matériaux, quelle que soit la géométrie de la scène, et de contribuer à l'approche pluridisciplinaire de la Physique Urbaine.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04583983 , version 1 (22-05-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04583983 , version 1

Citer

Inès de Bort. Mesure et simulation acoustiques en milieu urbain.. Génie civil. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2023. Français. ⟨NNT : 2023PAUU3037⟩. ⟨tel-04583983⟩
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