ISO 17201-1:2005
(Main)Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 1: Determination of muzzle blast by measurement
Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 1: Determination of muzzle blast by measurement
ISO 17201-1:2005 specifies a method to determine the acoustic source energy of the muzzle blast for calibres of less than 20 mm or explosive charges of less than 50 g TNT equivalent. It is applicable at distances where peak pressures less than 1 kPa (equivalent to a peak sound pressure level of 154 dB) are observed. The source energy, directivity of the source and their spectral structure determined by this procedure can be used as input data to sound propagation programmes, enabling prediction of shooting noise in the neighbourhood of shooting ranges. Additionally, the data can be used to compare sound emission from different types of guns or different types of ammunition used with the same gun. ISO 17201-1:2005 is applicable to guns used in civil shooting ranges but it can also be applied to military guns. It is not applicable to the assessment of hearing damage or sound levels in the non-linear region.
Acoustique — Bruit des stands de tir — Partie 1: Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche
L'ISO 17201-1:2005 spécifie une méthode permettant de déterminer l'énergie sonore émise en sortie de bouche pour des armes de calibres inférieurs à 20 mm ou des charges explosives de moins de 50 g d'équivalent TNT. Elle est applicable à des distances où les valeurs de crête de pression acoustique observées sont inférieures à 1 kPa (équivalent à un niveau de pression acoustique de crête de 154 dB). L'énergie sonore émise, la directivité de la source et leur structure spectrale, déterminées par ce mode opératoire, peuvent être utilisées en tant que données d'entrée pour les modes de propagation du son permettant la prédiction du bruit généré par les tirs au voisinage des stands de tir. En outre, les données peuvent servir à comparer le bruit émis par différents types d'armes ou différents types de munitions utilisées par la même arme. L'ISO 17201-1:2005 concerne les armes utilisées dans les stands de tir mais elle peut également s'appliquer aux armes utilisées à usage militaire. Elle n'est pas applicable pour les besoins d'une évaluation des dommages auditifs ou des niveaux sonores dans la zone non linéaire.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17201-1
First edition
2005-08-01
Acoustics — Noise from shooting
ranges —
Part 1:
Determination of muzzle blast by
measurement
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 1: Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche
Reference number
ISO 17201-1:2005(E)
©
ISO 2005
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ISO 17201-1:2005(E)
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ISO 17201-1:2005(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Gun and ammunition. 5
4.1 General. 5
4.2 Gun. 5
4.3 Ammunition . 6
4.4 Ballistic parameters. 6
4.5 Test situation. 7
4.6 Other features . 7
5 Basic concept for measurement and analysis . 8
5.1 General. 8
5.2 Quantity to be measured. 8
5.3 Angular source energy distribution level. 10
5.4 Interpolated angular source energy distribution level. 10
5.5 Source energy level. 11
5.6 Directivity. 11
6 Measurement site. 11
6.1 Site. 11
6.2 Weather conditions. 11
7 Measurement planning. 12
7.1 General remarks. 12
7.2 Gun. 12
7.3 Measurement position. 12
7.4 Measurement equipment . 12
7.5 Dealing with projectile sound. 13
8 Calibration and validation. 13
9 Measurement procedures . 13
9.1 General. 13
9.2 Ground reflection correction . 14
10 Control of measurement layout. 14
11 Measurement uncertainty . 14
11.1 General. 14
11.2 Empirical part . 15
12 Report . 16
Annex A (informative) Small arms glossary . 17
Annex B (informative) Example . 30
Annex C (informative) Guidance on the measurement uncertainty. 37
Bibliography . 40
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ISO 17201-1:2005(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 17201-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise.
ISO 17201 consists of the following parts, under the general title Acoustics — Noise from shooting ranges:
⎯ Part 1: Determination of muzzle blast by measurement
⎯ Part 2: Estimation of muzzle blast and projectile sound by calculation
⎯ Part 4: Prediction of projectile sound
The following parts are under preparation:
⎯ Part 3: Guidelines for sound propagation calculation
⎯ Part 5: Noise management
The initiative to prepare a standard on impulse noise from shooting ranges was taken by AFEMS, the
Association of European Manufacturers of Sporting Ammunition, in April 1996, by the submission of a formal
proposal to CEN. After consultation in CEN in 1998, CEN/TC 211, Acoustics, asked ISO/TC 43/SC 1, Noise,
to prepare the ISO 17201 series.
iv © ISO 2005 – All rights reserved
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ISO 17201-1:2005(E)
Introduction
To obtain reliable data for the prediction of shooting sound levels at a reception point, the energy of sound
emission produced by the muzzle blast is needed. The muzzle blast is produced by the propellant gas
expelled from the barrel of a weapon; in most cases the gas has a supersonic fluid speed. Close to the muzzle,
the sound pressure is very high and cannot be described with linear acoustics. For the purposes of this part of
ISO 17201, the non-linear region is defined by the observation of a peak sound pressure level of 154 dB or
more. This part of ISO 17201 defines how the sound source energy and directivity of the muzzle blast can be
obtained from the measurement of sound exposure levels and how these measurements are to be carried out.
The source energy, its directivity and spectral structure may be used as input for sound propagation models
for environmental noise assessment. This cannot be used for calculations of sound exposure levels close to
the weapon, for instance to estimate injury to people or animals.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17201-1:2005(E)
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 1:
Determination of muzzle blast by measurement
1 Scope
This part of ISO 17201 specifies a method to determine the acoustic source energy of the muzzle blast for
calibres of less than 20 mm or explosive charges of less than 50 g TNT equivalent. It is applicable at
distances where peak pressures less than 1 kPa (equivalent to a peak sound pressure level of 154 dB) are
observed. The source energy, directivity of the source and their spectral structure determined by this
procedure can be used as input data to sound propagation programmes, enabling prediction of shooting noise
in the neighbourhood of shooting ranges. Additionally, the data can be used to compare sound emission from
different types of guns or different types of ammunition used with the same gun.
This part of ISO 17201 is applicable to guns used in civil shooting ranges but it can also be applied to military
guns. It is not applicable to the assessment of hearing damage or sound levels in the non-linear region.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 9613-1, Acoustics — Attenuation of sound during propagation outdoors — Part 1: Calculation of the
absorption of sound by the atmosphere
IEC 60942:2003, Electroacoustics — Sound calibrators
1)
IEC 61672-1:2002, Electroacoustics — Sound level meters — Part 1: Specifications
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
instantaneous sound pressure
p
total instantaneous pressure at a point, in the presence of a sound wave, minus the atmospheric pressure at
that point
NOTE The instantaneous sound pressure is expressed in pascals.
1) Amalgamated revision of IEC 60651 and IEC 60804.
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ISO 17201-1:2005(E)
3.2
sound pressure level
L
p
ten times the logarithm to the base of 10 of the square of the ratio of a given root-mean-square sound
pressure to the reference sound pressure
NOTE 1 The reference sound pressure is 20 µPa.
NOTE 2 The sound pressure level is expressed in decibels.
NOTE 3 The sound pressure level can be frequency weighted and time weighted.
3.3
peak sound pressure
p
peak
maximum absolute value of the instantaneous sound pressure during a stated time interval
NOTE The peak sound pressure is expressed in pascals.
3.4
peak sound pressure level
L
peak
ten times the logarithm to the base of 10 of the square of the ratio of the peak sound pressure to the reference
sound pressure of 20 µPa
NOTE The peak sound pressure level is expressed in decibels.
3.5
event duration
T
stated time interval, long enough to encompass all significant sound of a stated event
NOTE The event duration is expressed in seconds.
3.6
sound exposure
E
time integral of frequency-weighted squared instantaneous sound pressure
2
E = pt dt (1)
()
∫
T
2
NOTE The sound exposure is expressed in pascal-squared seconds (Pa s).
3.7
sound exposure level
L
E
ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of the sound exposure, E, to the reference sound exposure,
E , the sound exposure being the time integral of the time-varying square of the frequency-weighted
0
instantaneous sound pressure over a stated time interval, T, or an event
⎛⎞E
L = 10 lg dB (2)
E ⎜⎟
E
0
⎝⎠
NOTE E is equal to the square of the reference sound pressure of 20 µPa multiplied by the time interval of 1 s
0
2
(400 µPa ·1 s).
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ISO 17201-1:2005(E)
3.8
source energy
Q
total sound source energy of the event
NOTE 1 The source energy is expressed in joules.
NOTE 2 The reference to 1 s yields the sound power L of a repeated event as defined in ISO 9613-2.
W
3.9
source energy level
L
Q
ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of source energy, Q, to the reference source energy, Q
0
⎛⎞
Q
L = 10 lg dB (3)
⎜⎟
Q
Q
⎝⎠0
where
−12
Q = 10 J
0
NOTE The source energy level is expressed in decibels.
3.10
angular source energy distribution
S ()α
q
acoustic energy radiated from the source into the far field, per unit solid angle
NOTE 1 The acoustic energy radiated by the source within a narrow cone centred on the direction α is
dQ
S ()α = (4)
q
dΩ
NOTE 2 Ω is the solid angle expressed in steradians.
−1
NOTE 3 The angular source energy distribution S ()α is expressed in joules per steradian (J⋅sr ).
q
NOTE 4 Rotational symmetry is assumed around the line with α = 0.
3.11
interpolated angular source energy distribution
S ()α
q
continuous function in α of the source energy distribution S (α ) , derived by using a defined interpolation
q
method
−1
NOTE The interpolated angular source energy distribution, S ()α , is expressed in joules per steradian (J⋅sr ).
q
3.12
angular source energy distribution level
L ()α
q
–12
angular source energy distribution as a level relative to 10 J
⎛⎞
S ()α
q
L ()α =10lg⎜⎟ dB (5)
q
⎜⎟
S ()α
q
⎝⎠0
where
−−12 1
S ()α=⋅10 J sr
q
0
NOTE The angular source energy distribution level, L ()α , is expressed in decibels.
q
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ISO 17201-1:2005(E)
3.13
interpolated angular source energy distribution level
L ()α
q
continuous function in α of the angular source energy distribution level, L ()α , derived by using a defined
q
interpolation method
NOTE The interpolated angular source energy distribution level is expressed in decibels.
3.14
angle alpha
α
angle between the line of fire and a line from the muzzle to the receiver (see Figure 3)
NOTE The angle alpha is expressed in radians in all formulae.
3.15
angle beta
β
angle describing the rotation around the line of fire, anticlockwise from the view of the shooter, as the angle
between the horizontal plane intersecting the muzzle from the right-hand side (see Figure 3)
NOTE The angle beta is expressed in radians in all formulae.
3.16
angle gamma
γ
angle describing the inclination of the line of fire from the horizontal plane (see Figure 3)
NOTE The angle gamma is expressed in radians in all formulae.
3.17
angle delta
δ
angle constituted by the projection of angle α on the horizontal plane (see Figure 3)
NOTE The angle delta is expressed in radians in all formulae.
3.18
directivity
D()α
difference between the angular source energy distribution level of the source under test and the source
energy distribution level of a monopole source with the same acoustic source energy
NOTE The directivity is expressed in decibels.
3.19
muzzle distance
r
m
distance measured from the muzzle to the microphone point (see Figure 3)
NOTE The distance is expressed in metres.
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ISO 17201-1:2005(E)
4 Gun and ammunition
4.1 General
The information given in 4.2 to 4.6 is needed to unambiguously define the weapon plus ammunition
combination for which the sound exposure level of the muzzle blast is estimated (items marked by an asterisk
are mandatory). All terms have the meanings given in Reference [1] and Annex A.
4.2 Gun
The following features shall be stated:
⎯ *description or brand name;
⎯ *type of gun (shot gun, rifle, revolver, pistol, etc.);
⎯ number, type and disposition of barrels (side-to-side, superposed, drilling, etc.);
⎯ calibre;
⎯ *barrel bore;
⎯ *barrel length.
Figure 1 is a schematic view and gives the main terms used to describe the gun.
Key
1 stock 7 front sight
2 trigger guard 8 rear sight
3 trigger 9 bolt
4 magazine (inside) 10 receiver
5 barrel 11 safety lock
6 muzzle 12 bolt handle
Figure 1 — Main terms used to describe the gun (schematic view)
The main parts of smooth-bore barrel and a rifled barrel are given in Annex A.
Special features such as
⎯ choke,
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ISO 17201-1:2005(E)
⎯ reload system,
⎯ *flame shield, and
⎯ *muzzle brake
should be mentioned.
4.3 Ammunition
The following information is needed:
⎯ *description or brand name;
⎯ *projectile calibre;
⎯ type and mass or chemical energy of propellant;
⎯ type of projectile (ball, pellets or blank);
⎯ *projectile mass.
In the case of shot guns:
⎯ total length of the cartridge;
⎯ type of tube;
⎯ type of wad;
⎯ *type, number, size and weight or type-number of pellets;
⎯ type of crimping.
Schematic views of bullet projectiles and shot gun cartridges are shown in Figure 2 with the names of their
main components.
4.4 Ballistic parameters
State parameters like
⎯ *muzzle speed (speed of the projectile close to the muzzle),
as result of a gun/ammunition combination as specified by the manufacturer.
NOTE Muzzle speed is a calculated value that corresponds to the speed of the projectile itself for rifles, or to
the speed of the centre of gravity of the cloud of pellets close to the muzzle of a shot gun.
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ISO 17201-1:2005(E)
Key
1 projectile (bullet) for rifle 6 tube
2 projectile (bullet) for pistol 7 shot pellets
3 case 8 plastic cylinder
4 powder 9 wad
5 primer 10 case head
NOTE The measurements can be influenced by conditions such as the heating of the barrel during repetitive
shooting, the temperature, the humidity and the age of the ammunition.
Figure 2 — Schematic view of bullet projectiles and a shot gun cartridge
4.5 Test situation
Any object that can cause reflections or shield the muzzle blast shall be mentioned. Such objects can, for
example, be a part of the weapon, the support of the weapon or part of this support. Also the gunman can be
seen as a part of the weapon system that can shield the muzzle blast. All these elements, which are
commonly used under normal operation of the weapon, shall be present during the measurement and should
be mentioned in the report. Other circumstances which may affect the noise source data should also be
reported. The gun shall be positioned as it would be under normal operating conditions. If the gun is put on a
high support and fired with a rope, the shielding effect of the gunman is not taken into account. Therefore it
should be ensured that the experimental set up is as close to normal operation conditions as possible (see
also 7.2).
4.6 Other features
All other information concerning the test conditions or anything that may affect measured source data shall be
reported.
EXAMPLES
⎯ the barrel in use in the case of a combination firearm, if the barrels have different features, especially bore,
⎯ special features, like silencers, muzzle brakes, etc., and
⎯ storage conditions of the ammunition (temperature, humidity, duration, etc.).
© ISO 2005 – All rights reserved 7
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ISO 17201-1:2005(E)
5 Basic concept for measurement and analysis
5.1 General
For the measurement of the muzzle blast, it is assumed that radiation of sound is rotationally symmetrical
around the line of fire. This assumption is used to define spherical coordinates, r , α and β which are centred
m
at the muzzle. The angles are defined in Clause 3 and are shown in Figure 3.
As the muzzle blast can be directional, measurements may be carried out in a circle. The goal is to measure
the level and also the directivity pattern. An equal distance between measuring points makes it easier to use
interpolation algorithms to get a continuous function for directivity pattern.
The measurements and the analyses shall yield spectral information in at least octave bands (preferably in
one-third-octave-bands) from 31,5 Hz to 8 kHz.
The calculation method given in 5.2 to 5.6 applies to broadband analysis as well as octave-band or one-third-
octave-band analysis.
5.2 Quantity to be measured
The basic quantity to be measured is the sound exposure level measured at a distance r and angles α and β:
m
2
pr t,,αβ
()
m,
Lr ,,αβ = 10 lg dt dB (6)
()
E m
∫
2
pT
00
T
Assuming rotational symmetry, the sound exposure level is a function of r and α alone.
m
However, due to ground reflections when measuring above ground, the sound exposure level L will also
E
depend on β. The corrections to remove ground reflections are described in 9.2. After the corrections, the
sound exposure level is assumed to depend on the distance r and angle α only.
m
8 © ISO 2005 – All rights reserved
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ISO 17201-1:2005(E)
Key
1 gun
2 muzzle
3 microphone
4 line of fire
5 ground plane
NOTE If the height of the microphone above ground is not the same as the height of the gun above ground, the angle
α is not the same as the angle δ. The relation between these angles is given below for cases where the barrel is
positioned horizontally:
⎛⎞
r cos(δ )
⎜⎟p
α = arccos
⎜⎟
22
⎜⎟rh+−()h
pm g
⎝⎠
where
r is the projected distance on the ground plane from the muzzle to the microphone;
p
r is the distance from the muzzle to the microphone;
m
h is the height of the microphone above ground;
m
h is the height of the muzzle of the gun above ground.
g
Figure 3 — Angles α, β, γ and δ
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ISO 17201-1:2005(E)
5.3 Angular source energy distribution level
The angular source energy distribution levels, L (α ), are estimated on the basis of the sound exposure level
q n
measurements at N discrete angles α at the distance r by
n m
LLαα=+r,1Ar−1dB+Ar+A+A (7)
( ) ( ) ( ) ( )
qn Emdn ivm atmm z gr
where
2
⎛⎞
r
m
A is a correction that accounts for the geometric spread, A=+10 lg⎜⎟ dB 11 dB
div div
2
⎜⎟
r
0
⎝⎠
and
r = 1 m;
0
A is a correction for air absorption (see ISO 9613-1);
atm
A is a correction in order to obtain free field conditions (see 9.2 and Reference [14]).
gr
NOTE This reference gives a simple algorithm to calculate the ground reflection of a spherical wave correctly, as
described in Reference [16].
A is used to correct for non-standard meteorological conditions (see ISO 3741, ISO 3745 and
z
ISO 9614-3).
⎛⎞
BT
0
A =−10 lg dB (8)
⎜⎟
z
BT
⎝⎠0
where
B is the air pressure under the conditions of measurement;
B is the reference air pressure, B = 1 013 hPa;
0 0
T is the temperature under the conditions of measurement;
T is the reference temperature, T = 296 K.
0 0
5.4 Interpolated angular source energy distribution level
In order to calculate the total source energy and to provide a continuous directivity function, a curve fitting for
the angular source energy distribution level is needed. The curve-fitting methods used shall describe the
periodic behaviour of the directivity function.
The angular source energy distribution level L α is obtained by interpolation and shall be reported as
( )
q
follows:
N −1
Laα=+ a cosj α (9)
() ( )
q 0 j
∑
j=1
where N is the number of terms used to describe L α .
( )
q
NOTE 1 This formulation corresponds to an approach according to Fourier without Sinus terms. As rotational symmetry
is assumed the Sinus terms are zero.
10 © ISO 2005 – All rights reserved
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ISO 17201-1:2005(E)
NOTE 2 The parameters a may be obtained using Fourier Transformation, least-square fits, or any other interpolation
j
method.
Equation (9) represents one interpolation method. Alternative interpolation procedures may be used when
appropriate, see Annex B.
5.5 Source energy level
The source energy level is calculated from the interpolated angular source energy distribution levels by
⎛⎞2ππ
1
0,1Lq(α )
⎜⎟
Lr=10lg 10 sinαdβα drdB (10)
Q 00
∫∫
2
⎜⎟
⎜⎟
r
0
βα==00
⎝⎠
Since rotational symmetry is assumed, this may be written as
π
⎛⎞
0,1Lq(α )
⎜⎟
L=π10 lg 2 10 sinα dαdB (11)
Q
∫
⎜⎟
α =0
⎝⎠
5.6 Directivity
The directivity D(α) of the muzzle blast is given by
DL()αα=−( )L−10lg4πdB (12)
q
()
Q
6 Measurement site
6.1 Site
The measurement site shall be reasonably level, homogeneous with respect to the ground impedance, and
free of objects that may cause reflections that affect the accuracy of the measurement.
EXAMPLE Examples of homogeneous grounds are:
⎯ concrete,
⎯ water,
⎯ asphalt,
⎯ grass or sand.
6.2 Weather conditions
The average wind speed at 10 m height should be less than 3 m/s. The sky should be overcast.
The relative humidity should be less than 95 %. The background level of wind-induced sound at the
microphone should not be so great that it interferes with the measured signal at any frequency of interest.
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ISO 17201-1:2005(E)
7 Measurement planning
7.1 General remarks
Apart from the muzzle blast, the event signal may also include projectile sound, reflections from objects and
from the ground. When planning a measurement, it should be taken into consideration how these “unwanted”
contributions can be separated from the muzzle blast in the later data analysis. Commonly used methods are
the following.
a) Window techniques: This technique is applicable for signals that arrive at the microphone separated in
time, where the width and position of the window is adjusted in such a way that only the sound from the
muzzle blast can be analysed. It is typically used for reflecting objects and projectile sound. In a
measurement layout with source and receiver heights that ensure a clear separation of the direct and the
reflected wave from the ground, it may also be used to exclude the effect of ground reflections. In this
case is A = 0.
gr
b) Ground impedance models: These models are used if the measured signal is a superposition of the
direct wave and the reflected wave from the ground. They yield a prediction of the
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17201-1
Première édition
2005-08-01
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 1:
Mesurage de l'énergie sonore en sortie
de bouche
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 1: Determination of muzzle blast by measurement
Numéro de référence
ISO 17201-1:2005(F)
©
ISO 2005
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ISO 17201-1:2005(F)
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ISO 17201-1:2005(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Arme et munition . 5
4.1 Généralités . 5
4.2 Arme. 5
4.3 Munition . 6
4.4 Paramètre balistique. 7
4.5 Contexte de l'essai . 7
4.6 Autres fonctions et dispositifs . 8
5 Concept de base pour le mesurage et l'analyse. 8
5.1 Généralités . 8
5.2 Grandeur à mesurer. 8
5.3 Niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source . 10
5.4 Niveau de distribution interpolée angulaire de l'énergie acoustique émise par la source. 10
5.5 Niveau d'énergie acoustique émise par la source . 11
5.6 Directivité. 11
6 Site de mesurage . 11
6.1 Site. 11
6.2 Conditions météorologiques . 12
7 Planification des mesurages . 12
7.1 Observations d'ordre général. 12
7.2 Arme. 12
7.3 Position de mesure. 13
7.4 Appareillage de mesure . 13
7.5 Traitement du bruit émis par un projectile. 13
8 Étalonnage et validation . 14
9 Méthodes de mesure . 14
9.1 Généralités . 14
9.2 Correction de la réflexion par le sol. 14
10 Contrôle du mode d'aménagement du dispositif de mesure . 14
11 Incertitude de mesure. 15
11.1 Généralités . 15
11.2 Méthode empirique. 16
12 Rapport . 17
Annexe A (informative) Glossaire des armes légères . 18
Annexe B (informative) Exemple . 31
Annexe C (informative) Directives pour l'incertitude de mesure . 39
Bibliographie . 42
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ISO 17201-1:2005(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 17201-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.
L'ISO 17201 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Acoustique — Bruit des stands
de tir:
⎯ Partie 1: Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche
⎯ Partie 2: Calcul de l'énergie sonore en sortie de bouche et du bruit du projectile
⎯ Partie 4: Estimation du bruit du projectile
Les parties suivantes sont en cours d'élaboration:
⎯ Partie 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation sonore
⎯ Partie 5: Gestion du bruit d'un champ de tir
L'initiative de préparer une norme sur le bruit impulsionnel des stands de tir a été prise par l'AFEMS,
l'association européenne des fabricants de munitions pour le sport, en avril 1996, par soumission d'une
proposition formelle au CEN. Après consultation au CEN en 1998, le CEN/TC 211, Acoustique, a demandé à
l'ISO/TC 43/SC 1, Bruit, de préparer la série de norme ISO 17201.
iv © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 17201-1:2005(F)
Introduction
Afin d'obtenir des données fiables pour la prévision des niveaux de bruit émis par les tirs et perçus à un point
donné, il est nécessaire de déterminer l'énergie sonore d'émission en sortie de bouche. La détonation est
produite par les gaz de la charge propulsive éjectés par le canon d'une arme ; dans la plupart des cas, le gaz
est expulsé à une vitesse supersonique. A proximité de la bouche, la pression acoustique est très élevée et
ne peut être décrite en termes d'acoustique linéaire. Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 17201, la
zone non linéaire est définie grâce à l'observation d'un niveau de pression acoustique de crête de 154 dB ou
plus. La présente partie de l'ISO 17201 définit par quelle méthode l'énergie sonore et la directivité en sortie de
bouche peuvent être obtenues du mesurage des niveaux d'exposition sonore et de quelle manière ces
mesurages doivent être effectués. L'énergie acoustique émise, sa directivité et sa structure spectrale peuvent
servir à l'établissement de modèles de propagation du son pour l'évaluation du bruit ambiant. Elle ne peut être
utilisée pour les calculs des niveaux d'exposition sonore à proximité de l'arme, par exemple, pour apprécier
les lésions causées aux personnes ou aux animaux.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17201-1:2005(F)
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 1:
Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 17201 spécifie une méthode permettant de déterminer l'énergie sonore émise en
sortie de bouche pour des armes de calibres inférieurs à 20 mm ou des charges explosives de moins de 50 g
d'équivalent TNT. Elle est applicable à des distances où les valeurs de crête de pression acoustique
observées sont inférieures à 1 kPa (équivalent à un niveau de pression acoustique de crête de 154 dB).
L'énergie sonore émise, la directivité de la source et leur structure spectrale, déterminées par ce mode
opératoire, peuvent être utilisées en tant que données d'entrée pour les modes de propagation du son
permettant la prédiction du bruit généré par les tirs au voisinage des stands de tir. En outre, les données
peuvent servir à comparer le bruit émis par différents types d'armes ou différents types de munitions utilisées
par la même arme.
La présente partie de l'ISO 17201 concerne les armes utilisées dans les stands de tir mais elle peut
également s'appliquer aux armes utilisées à usage militaire. Elle n'est pas applicable pour les besoins d'une
évaluation des dommages auditifs ou des niveaux sonores dans la zone non linéaire.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 9613-1, Acoustique — Atténuation du son lors de sa propagation à l'air libre — Partie 1: Calcul de
l'absorption atmosphérique
CEI 60942:2003, Électroacoustique — Calibreurs acoustiques
1)
CEI 61672-1:2002, Électroacoustique — Sonomètres — Partie 1: Spécifications
1) Révision fusionnée de la CEI 60651 et de la CEI 60804.
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ISO 17201-1:2005(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
pression acoustique instantanée
p
pression instantanée totale à un point en présence d'une onde sonore moins la pression statique à ce point
NOTE La pression acoustique instantanée est exprimée en pascals.
3.2
niveau de pression acoustique
L
p
dix fois le logarithme décimal du carré du rapport d'une pression acoustique efficace donnée à la pression
acoustique de référence
NOTE 1 La pression acoustique de référence est égale à 20 µPa.
NOTE 2 Le niveau de pression acoustique est exprimé en décibels.
NOTE 3 Le niveau de pression acoustique peut être pondéré en fréquence ou en fonction du temps.
3.3
pression acoustique de crête
p
peak
valeur maximale absolue de la pression acoustique instantanée qui se produit pendant un intervalle de temps
spécifié
NOTE La pression acoustique de crête est exprimée en pascals.
3.4
niveau de pression acoustique de crête
L
peak
dix fois le logarithme décimal du carré du rapport de la pression acoustique de crête à la pression acoustique
de référence qui est égale à 20 µPa
NOTE Le niveau de pression acoustique de crête est exprimé en décibels.
3.5
durée d'événement
T
intervalle de temps déclaré suffisamment long pour englober l'ensemble du son significatif d'un événement
spécifié
NOTE La durée d'événement est exprimée en secondes.
3.6
exposition sonore
E
intégrale temporelle de la pression acoustique instantanée élevée au carré et pondérée en fréquence
2
E = pt dt (1)
()
∫
T
2
NOTE L'exposition sonore est exprimée en pascal·carré·seconde (Pa s).
2 © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 17201-1:2005(F)
3.7
niveau d'exposition sonore
L
E
dix fois le logarithme décimal du rapport de l'exposition sonore, E, à l'exposition sonore de référence, E ,
0
l'exposition sonore étant l'intégrale temporelle du carré variable en fonction du temps de la pression
acoustique instantanée pondérée en fréquence pendant un intervalle de temps, T, ou un événement spécifié
⎛⎞
E
L 10 lg dB (2)
=
⎜⎟
E
⎜⎟
E
⎝⎠0
NOTE E est égale au carré de la pression acoustique de référence de 20 µPa multiplié par un intervalle de temps
0
2
de 1 s (400 µPa ⋅1s).
3.8
énergie acoustique émise par la source
Q
énergie acoustique totale produite pendant la durée de l'événement
NOTE 1 L'énergie acoustique émise par la source est exprimée en joules.
NOTE 2 La référence à 1 s permet d'obtenir la puissance acoustique L d'un événement répété comme défini dans
W
l'ISO 9613-2.
3.9
niveau d'énergie acoustique émise par la source
L
Q
dix fois le logarithme décimal du rapport de l'énergie acoustique émise par la source, Q, à l'énergie acoustique
de référence émise par la source, Q
0
⎛⎞
Q
L = 10lg dB (3)
⎜⎟
Q
⎜⎟
Q
⎝⎠0
où
−12
Q = 10 J
0
NOTE Le niveau d'énergie acoustique émise par la source est exprimé en décibels.
3.10
distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
S (α)
q
énergie acoustique rayonnée par la source en champ lointain par unité d'angle solide
NOTE 1 L'énergie acoustique rayonnée par la source dans les limites d'un cône étroit centré sur la direction α est
dQ
S ()α = (4)
q
dΩ
NOTE 2 Ω est l'angle solide exprimé en stéradians.
NOTE 3 La distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source S (α) est exprimée en joules par
q
−1
stéradian (J⋅sr ).
NOTE 4 Il est supposé une symétrie de révolution autour de la ligne de tir avec α = 0.
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ISO 17201-1:2005(F)
3.11
distribution interpolée angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
S (α)
q
fonction continue dans α de la distribution de l'énergie acoustique émise par la source, S (α), dérivée en
q
utilisant une méthode d'interpolation définie
NOTE La distribution interpolée angulaire de l'énergie acoustique émise par la source, S (α), est exprimée en joules
q
−1
par stéradian (J⋅sr ).
3.12
niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
L (α)
q
−12
distribution angulaire de l'énergie émise par la source en tant que niveau relatif à 10 J
⎛⎞
S ()α
q
L (α) = 10lg⎜⎟dB (5)
q
⎜⎟
S ()α
q
⎝⎠0
où
−−12 1
S ()α =10 J·sr
q
0
NOTE Le niveau de distribution angulaire de l'énergie émise par la source, L (α), est exprimé en décibels.
q
3.13
niveau de distribution interpolée angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
L (α)
q
fonction continue dans α du niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source, L (α),
q
dérivée en utilisant une méthode d'interpolation définie
NOTE Le niveau de distribution angulaire interpolée de l'énergie émise par la source est exprimé en décibels.
3.14
angle alpha
α
angle situé entre la ligne de tir et une ligne reliant la bouche au récepteur (voir Figure 3)
NOTE L'angle alpha est exprimé en radians dans toutes les formules.
3.15
angle bêta
β
angle décrivant la rotation, autour de la ligne de tir, dans le sens anti-horaire, tel que vu par le tireur, comme
l'angle formé à l'intersection du plan horizontal avec la bouche du côté droit (voir Figure 3)
NOTE L'angle bêta est exprimé en radians dans toutes les formules.
3.16
angle gamma
γ
angle décrivant l'inclinaison de la ligne de tir par rapport au plan horizontal (voir Figure 3)
NOTE L'angle gamma est exprimé en radians dans toutes les formules.
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ISO 17201-1:2005(F)
3.17
angle delta
δ
angle formé par la projection de l'angle α sur le plan horizontal (voir Figure 3)
NOTE L'angle delta est exprimé en radians dans toutes les formules.
3.18
directivité
D(α)
différence entre le niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source soumise à
essai et le niveau de distribution de l'énergie acoustique d'une source monopole ayant la même énergie
acoustique que la source
NOTE La directivité est exprimée en décibels.
3.19
distance à la bouche
r
m
distance mesurée de la bouche au point d'installation du microphone (voir Figure 3)
NOTE La distance est exprimée en mètres.
4 Arme et munition
4.1 Généralités
Afin de définir sans équivoque la combinaison arme plus munition pour laquelle le niveau d'exposition sonore
en sortie de bouche est estimé, les informations données de 4.2 à 4.6 sont nécessaires (les éléments
signalés par un astérisque sont obligatoires). Tous les termes correspondent aux sens qui leur sont donnés
dans la Référence [1] et dans l'Annexe A.
4.2 Arme
Les éléments suivants doivent être déclarés:
⎯ *description ou nom commercial;
⎯ *type d'arme (fusil de chasse, carabine, revolver, pistolet, etc.);
⎯ nombre, type et disposition des canons (jumelés juxtaposés ou superposés, à trois canons (drilling), etc.);
⎯ calibre;
⎯ *âme du canon;
⎯ *longueur du canon.
La Figure 1 est une représentation schématique donnant les principaux termes utilisés pour décrire l'arme.
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ISO 17201-1:2005(F)
Légende
1 crosse 5 canon 9 culasse
2 pontet 6 bouche 10 boîte de culasse
3 détente 7 guidon 11 cran de sûreté
4 magasin (à l'intérieur) 8 hausse 12 levier de culasse
Figure 1 — Principaux termes utilisés pour décrire l'arme (représentation schématique)
L'Annexe A présente les principaux éléments d'un canon à âme lisse et d'un canon rayé.
Il convient de mentionner les caractéristiques spéciales, telles que:
⎯ le choke (étranglement);
⎯ le système de rechargement;
⎯ *le pare-flammes;
⎯ *le frein de bouche.
4.3 Munition
Il est nécessaire de fournir les informations suivantes:
⎯ *description ou nom commercial;
⎯ *calibre du projectile;
⎯ type et masse ou énergie chimique de la charge propulsive;
⎯ type de projectile (balle, grenaille ou cartouche à blanc);
⎯ *masse du projectile.
Dans le cas de fusils de chasse:
⎯ longueur totale de la cartouche;
⎯ type de tube;
⎯ type de bourre;
⎯ *type, nombre, taille et poids ou numéro de la grenaille;
⎯ type de sertissage.
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ISO 17201-1:2005(F)
Des vues schématiques de balles et d'une cartouche de fusil de chasse sont représentées à la Figure 2 avec
leurs principaux éléments constitutifs.
Légende
1 projectile (balle) pour carabine 6 tube
2 projectile (balle) pour pistolet 7 charge de grenaille
3 douille 8 étui cylindrique
4 poudre 9 bourre
5 amorce 10 culot de douille
NOTE Les mesurages peuvent être influencés par certains facteurs tels que le réchauffement du canon suite à des
tirs à répétition, la température, l'humidité et l'ancienneté de la munition.
Figure 2 — Représentation schématique de balles et d'une cartouche de fusil de chasse
4.4 Paramètre balistique
Un paramètre, tel que
⎯ *la vitesse initiale (vitesse du projectile en sortie de bouche),
comme étant le résultat de la combinaison arme/munition, telle que spécifiée par le fabricant.
NOTE La vitesse initiale est une valeur calculée correspondant à la vitesse du projectile lui-même pour les carabines
ou à la vitesse de déplacement du centre de gravité du nuage de plombs à proximité de la bouche d'un fusil de chasse.
4.5 Contexte de l'essai
Tout objet pouvant provoquer des réflexions ou faire écran à la détonation doit être mentionné. Par exemple
une partie de l'arme, le support de l'arme ou un élément de ce support peuvent constituer de tels objets. Le
tireur peut être considéré comme faisant partie du système d'arme pouvant faire écran à la détonation. Tous
ces éléments qui sont généralement utilisés dans des conditions normales de fonctionnement de l'arme
doivent être disponibles lors du mesurage et il convient de les mentionner dans le rapport d'essai. Il convient
également de consigner dans le rapport d'autres circonstances susceptibles d'affecter les données relatives à
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la source de bruit. L'arme doit être positionnée telle qu'elle devrait l'être dans ses conditions normales de
fonctionnement. Si l'arme est posée sur un support surélevé et que la mise à feu est effectuée à distance à
l'aide d'une corde, l'effet écran du tireur n'est pas pris en considération. Par conséquent, il convient de
s'assurer que la configuration expérimentale se rapproche, en règle générale, le plus possible des conditions
normales de fonctionnement (voir aussi 7.2).
4.6 Autres fonctions et dispositifs
Toute autre information concernant les conditions de déroulement de l'essai ou pouvant affecter les données
relatives à la source de bruit doit être consignée dans le rapport d'essai.
EXEMPLES
⎯ le canon utilisé, dans le cas d'une arme à feu à tubes mixtes, lorsque les canons sont équipés de différents
dispositifs, et tout particulièrement l'âme;
⎯ les dispositifs spéciaux, tels que silencieux, freins de bouche, etc.;
⎯ les conditions de stockage des munitions (température, humidité, durée, etc.).
5 Concept de base pour le mesurage et l'analyse
5.1 Généralités
Pour le mesurage de la détonation, la propagation du son est supposée s'effectuer selon une symétrie
de révolution autour de la ligne de tir. Cette hypothèse sert à définir des coordonnées sphériques,
r , α et β centrées par rapport à la bouche. Les angles sont définis dans l'Article 3 et illustrés à la Figure 3.
m
La détonation pouvant se propager de manière directionnelle, les mesurages peuvent être effectués sur un
cercle. Le but est d'en mesurer le niveau ainsi que le diagramme de directivité. Une distance égale entre
points de mesurages facilite l'utilisation d'algorithmes d'interpolation permettant d'obtenir une fonction
continue pour le diagramme de directivité.
Les mesurages et les analyses doivent permettre de fournir des informations d'ordre spectral au moins dans
des bandes d'octave (de préférence dans des bandes de tiers d'octave) de 31,5 Hz à 8 kHz.
La méthode de calcul donnée de 5.2 à 5.6 s'applique à une analyse à large bande ainsi qu'à une analyse par
bandes d'octave ou par bandes de tiers d'octave.
5.2 Grandeur à mesurer
La grandeur de base à mesurer est le niveau d'exposition sonore mesuré à une distance r et selon les
m
angles α et β.
2
pr t,,αβ
()
m,
Lr ,,αβ = 10lg dt dB (6)
()
E m
∫
2
pT
00
T
Supposant que le son se propage selon une symétrie de révolution, le niveau d'exposition sonore est fonction
de r et α uniquement.
m
Toutefois, en raison des réflexions par le sol, lors de mesurages effectués au-dessus du sol, le niveau
d'exposition sonore L dépendra également de β. Les corrections devant permettre d'éliminer les réflexions
E
par le sol seront décrites en 9.2. Après correction, le niveau d'exposition sonore est supposé dépendre de la
distance, r , et de l'angle α uniquement.
m
8 © ISO 2005 – Tous droits réservés
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ISO 17201-1:2005(F)
Légende
1 fusil
2 bouche
3 microphone
4 ligne de tir
5 plan du sol
NOTE Si la hauteur au dessus du sol à laquelle est placé le microphone est différente de la hauteur à laquelle est
posée l'arme, l'angle α est différent de l'angle δ. La relation entre ces angles est donnée ci-dessous pour les cas où le
canon est positionné horizontalement:
⎛⎞
r cos(δ )
⎜⎟p
α = arccos
⎜⎟
22
⎜⎟rh+−()h
pm g
⎝⎠
où
r est la distance projetée sur le plan du sol entre la bouche et le microphone;
p
r est la distance entre la bouche et le microphone;
m
h est la hauteur à laquelle est placé le microphone par rapport au sol;
m
h est la hauteur à laquelle est située la bouche de l'arme par rapport au sol.
g
Figure 3 — Angles α, β, γ et δ
© ISO 2005 – Tous droits réservés 9
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ISO 17201-1:2005(F)
5.3 Niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
Les niveaux de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source L (α ), sont estimés sur la
q n
base des mesurages du niveau d'exposition sonore à N angles discrets α à la distance r par
n m
LLαα=+r,1Ar−1dB+Ar+A+A (7)
( ) ( ) ( ) ( )
qn Emdn ivm atmm z gr
où
2
⎛⎞
r
m
A est une correction qui compense la dispersion géométrique, A=+10lg⎜⎟ dB 11dB
div div
2
⎜⎟
r
0
⎝⎠
et
r = 1 m;
0
A est une correction tenant compte de l'absorption par l'air (voir l'ISO 9613-1);
atm
A est une correction destinée à obtenir des conditions en champ libre (voir 9.2 et la Référence [14]).
gr
NOTE Cette référence donne un algorithme simple permettant de calculer correctement la réflexion par le sol d'une
onde sphérique, comme décrit dans la Référence [16].
A est un paramètre utilisé pour la correction en cas de conditions météorologiques anormales
z
(voir l'ISO 3741, l'ISO 3745 et l'ISO 9614-3).
⎛⎞BT
0
A =−10 lg dB (8)
⎜⎟
z
BT
0
⎝⎠
où
B est la pression atmosphérique dans les conditions de réalisation du mesurage;
B est la pression atmosphérique de référence, B = 1 013 hPa;
0 0
T est la température dans les conditions de réalisation du mesurage;
T est la température de référence, T = 296 K.
0 0
5.4 Niveau de distribution interpolée angulaire de l'énergie acoustique émise par la source
Afin de calculer l'énergie acoustique totale émise par la source et de fournir une fonction continue d
...
Questions, Comments and Discussion
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