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Med Sci (Paris). 2005 May; 21(5): 546–550.
Published online 2005 May 15. doi: 10.1051/medsci/2005215546.

Les chiffres du bruit

Christian Meyer-Bisch*

Except, 155, avenue Ledru- Rollin, 75011 Paris, France
Corresponding author.
 

Les phénomènes sonores correspondent à une vibration qui, lorsqu’elle est transmise en milieu aérien, est une variation de la pression de l’air. Si cette vibration est suffisamment rapide (20 battements par seconde) mais pas trop (20 000 par seconde), et si son amplitude est suffisamment grande, elle peut être perçue par l’oreille humaine. À ces deux grandeurs physiques sont associés respectivement la fréquence et le niveau de pression sonore.

Niveau sonore

Le niveau sonore reflète l’intensité du son et, puisqu’il s’agit d’une variation de pression, il devrait s’exprimer en Pascals. En fait, on s’aperçoit que le niveau de pression correspondant au seuil de douleur est 1012 fois plus élevé que celui qui correspond au seuil d’audibilité, c’est-à-dire le son le plus faible que l’oreille peut percevoir, qui a été mesuré à 20 µPa. La manipulation de ces grandeurs justifie l’utilisation d’une échelle logarithmique de base 10 qui a donné naissance au Bel. Ainsi, le champ dynamique de l’oreille s’inscrit entre 0 Bel (ou 0 dB) et 12 Bels (120 dB). Cette échelle a donc une base physiologique puisque 0 dB est relatif à un seuil physiologique et non pas acoustique.

Le fait que les niveaux sonores s’expriment en dB implique que les équations qui combinent les niveaux sonores ne sont pas linéaires.

Ainsi, lorsqu’on multiplie l’énergie sonore par 10, on augmente le niveau de 10 dB et, en suivant le même raisonnement, si l’énergie sonore double, son niveau augmente de trois dB (Log10 [2] = 0,301). Si le bruit d’une tronçonneuse atteint 99 dBA 1 à un mètre, il faudra deux tronçonneuses pour atteindre 102, quatre pour 105 (intérieur d’une discothèque !), 10 pour aller à 109 dBA et 100 pour atteindre le seuil de douleur !

L’énergie sonore qui atteint l’oreille est proportionnelle à son niveau et à sa durée, de telle sorte qu’un son véhiculant une énergie W pendant un temps t est équivalent à un son d’énergie W/2 pendant un temps 2t. En suivant ce raisonnement iso-énergétique (Figure 1), l’exposition de l’oreille pendant 40h à 87 dBA est équivalente, en termes de danger, à une exposition pendant quatre heures à 97 dBA (une batterie d’instruments à percussion), deux heures à 100 dBA ou pendant 40 minutes à 105 dBA (discothèque).

Hauteur d’un son

La hauteur d’un son est exprimée par sa fréquence en Hertz (Hz). Plus elle est élevée, plus le son est aigu. Par exemple, la fréquence d’une voix grave est de l’ordre de 100 Hz, celle de la tonalité du téléphone est un son pur de 440 Hz (le la des musiciens), celle du la suivant est de 880 Hz. Chaque fois que la fréquence double, la sensation de hauteur augmente d’un intervalle appelé octave par les acousticiens et par les musiciens occidentaux. Pour comprendre la parole, il est nécessaire de bien percevoir les sons jusque 3 kHz environ, mais les sons plus aigus sont très utiles pour percevoir la subtilité de certains messages sonores, comme le timbre qui permet de distinguer deux sons de même hauteur. En pratique, les sons sont toujours composés d’un certain nombre de fréquences qui, lorsqu’elles sont harmonieusement ajoutées (les harmoniques) à la fréquence fondamentale, forment des sons musicaux (Figure 2). Dans ce cas particulier, la fréquence de chaque harmonique est un multiple de celle du son fondamental. Le graphique qui représente l’ensemble de ces fréquences, dont chacune porte une certaine énergie, forme le spectre fréquentiel du son.

Le bruit, quant à lui, est composé d’une multitude de fréquences quelconques, si bien qu’il est difficile d’en déterminer la hauteur avec précision. Le bruit blanc, dont les fréquences sont réparties sur une large bande fréquentielle, n’a d’ailleurs pas de hauteur du tout (bruit du vent, d’une chute d’eau, d’une machine à laver). Un vrai bruit blanc est composé de toutes les fréquences qui peuvent être perçues (de 20 Hz à 20 kHz), chaque fréquence portant en moyenne la même énergie ; son spectre est à peu près plat.

En fait, la sensibilité de l’oreille, qui est nulle en dessous de 20 Hz, croît progressivement pour atteindre un maximum entre 500 et 5 000 Hz, puis décroît pour devenir nulle autour de 20 kHz. Cette courbe de sensibilité de l’oreille oblige à considérer qu’un son de 100 Hz portant la même énergie qu’un son de 1 kHz ne donnera pas la même sensation de force sonore, c’est-à-dire de sonie. Si un son de 5 dB est généralement perçu à 1 kHz, il faut qu’il atteigne plus de 25 dB pour être perçu si sa fréquence est de 125 Hz (Figure 3).

Bruit et risque auditif

À cette différence de sensibilité de l’oreille, correspond également une différence de fragilité. Les sons de basses fréquences sont moins traumatisants pour l’oreille que les sons aigus. La zone de fragilité maximum se situe autour de 4 kHz pour décroître à mesure que l’on s’éloigne de 6 ou 8 kHz. Pour caractériser le risque auditif provoqué par le bruit, il est donc nécessaire de tenir compte de sa composition en fréquences (son spectre) et de cette courbe de fragilité qui a été modélisée et s’appelle courbe de pondération A (Figure 4). Par conséquent, les acousticiens qui mesurent les niveaux sonores dans le but d’évaluer un risque auditif utilisent un décibel pondéré A, noté dB(A) ou dBA. Les sonomètres, instruments de mesure des niveaux sonores répondant à des normes internationales très précises, comportent généralement cette pondération.

Si l’on s’intéresse à la gêne provoquée par le bruit à des niveaux faibles ou moyens, on utilise généralement une autre courbe de pondération, qui accorde plus d’importance aux basses fréquences dont on sait qu’elles masquent plus facilement les sons aigus ; on parle alors de dBC. Ainsi, pour évaluer la gêne réelle liée au bruit, par exemple dans un bureau (ce niveau devrait en pratique être inférieur à 50 dB), on devrait préférer l’usage d’un sonomètre donnant des résultats en dBC, mais les instruments comportant ce filtre de pondération sont moins courants.

Le dernier paramètre à prendre en considération pour évaluer le risque auditif lié au bruit est son caractère continu ou fluctuant. Le niveau sonore émis par une imprimerie, une machine, un orchestre, la circulation routière, est fluctuant. Cette fluctuation se caractérise par des niveaux de crête (correspondant à des sommets sur une courbe dB/temps) et par un « niveau continu équivalent » appelé Leq (Figure 5). Le Leq est le niveau d’un bruit continu qui, sur une période donnée, porterait la même énergie que le bruit étudié pendant la même durée. Un Leq peut s’exprimer en dB ou en dB pondéré A ou C. Aussi, lorsque l’on s’intéresse au risque auditif, les niveaux sonores sont habituellement mesurés à l’aide de LAeq 15 minutes, par exemple. À énergie équivalente, on connaît mal la nocivité pour l’oreille de rafales de bruits impulsifs comparées à des bruits fluctuant plus lentement. Ainsi, un fusil d’assaut émet un bruit dépassant 160 dB, mais ce bruit est tellement court (c’est presque une impulsion de Dirac) qu’il contient une énergie relativement faible. Pour approcher la mesure énergétique de ce phénomène sonore, on a introduit récemment le Leq court (1s), qui devrait permettre de mieux étudier ses effets délétères sur l’audition.

Exemples de bruits de la vie courante et des loisirs
Les valeurs de niveaux sonores (en dBA) indiquées dans le Tableau I donnent quelques exemples de situations plus ou moins bruyantes.
Bruit et monde du travail Il est interdit d’exposer les salariés à un niveau sonore dépassant 90 dBA (Leq de 8h) ou à des niveaux de crêtes supérieurs à 140 dB sans protection auditive2. À partir de 85 dBA, des mesures de prévention doivent être prises et des protecteurs auditifs doivent être mis à la disposition des travailleurs.

Une directive européenne de 20033 prévoit que ces niveaux ne devront plus dépasser 87 dBA ou des crêtes de 200 Pa (140 dB) et, à partir de 80 dBA ou pour des crêtes de 112 Pa (135 dB), des actions de prévention devront être mises en Ĺ“uvre. Cette directive, non encore transposée en droit français, devra être appliquée à partir du 15 février 2006, y compris aux travailleurs du spectacle, dès février 2008, ce qui risque de poser des problèmes acoustiques difficiles à résoudre.

Conclusions

La prévention des risques auditifs induits par le bruit ou par des niveaux sonores élevés nécessite une connaissance suffisante de leurs caractéristiques physiques. Le niveau sonore n’est pas la seule donnée à prendre en considération ; il faut y ajouter la durée d’exposition et le spectre du phénomène sonore. Si, dans le monde du travail, les dispositions sont généralement prises pour maîtriser les risques auxquels sont exposés certains salariés, il n’en est pas de même pour les professions indépendantes, en particulier dans le monde des loisirs, même si la récente directive européenne tend à améliorer la situation.

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Footnotes
1 La signification du « A » de dB A est expliquée un peu plus loin.
2 Code du travail. Article R232-8-1 et suivants.
3 Directive 2003/10/CE du Parlement Européen et du Conseil du 6 février 2003 concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives à l’exposition des travailleurs aux risques dus aux agents physiques (bruit).