ISO 10534-1:1996
(Main)Acoustics — Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes — Part 1: Method using standing wave ratio
Acoustics — Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes — Part 1: Method using standing wave ratio
Specifies a method for the determination of the sound absorption coefficient, reflection factor, surface impedance or admittance of materials and objects. The values are determined by evaluation of the standing wave pattern of a plane wave in a tube, which is generated by the superposition of an incident sinusiodal plane wave with the plane wave reflected from the test object.
Acoustique — Détermination du facteur d'absorption acoustique et de l'impédance acoustique à l'aide du tube d'impédance — Partie 1: Méthode du taux d'ondes stationnaires
Akustika - Ugotavljanje koeficienta absorpcije in impedance zvoka v Kundtovi cevi – 1. del: Metoda razmerja v stoječem valovanju
General Information
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
IS0
STANDARD
10534-l
First edition
1996-I 2-l 5
Acoustics - Determination of sound
absorption coefficient and impedance in
impedance tubes -
Part 1:
Method using standing wave ratio
Acoustique -
Dgtermination du facteur d’absorption acoustique et
de /‘imp&dance acoustique a I’aide du tube d/imp&dance -
Partie 1: M&hode du taux d’ondes stationnaires
Reference number
IS0 10534-I : 1996(E)
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IS0 10534=1:1996(E)
Page
Contents
1
...........................................................................................
1 Scope
1
Normative references .
2
2
Definitions .
3
3
4 Principle .
3
..............................................................................
5 Fundamentals
5
...........................................................................
6 Test equipment
IO
..........................................
7 Preliminary tests and measurements
IO
.......................................................
8 Mounting of the test sample
IO
..............................................................................
9 Test methods
.................... 11
10 Transformation of reflection factor and impedance
12
...................................................................................
11 Test report
Annexes
14
A Preliminary measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Verification of the test equipment
19
C Pressure-release termination of test sample . . . . . . . . . . . . . . . . .I.
D Determination of diffuse sound absorption coefficient a,, of
20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
locally reacting absorbers
0 IS0 1996
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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IS0 10534=1:1996(E)
@ IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide fed-
eration of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
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. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 10534-I was prepared by Technical Committee
lSO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 2, Building acoustics.
IS0 10534 consists of the following parts, under the general title Acous-
tics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in
impedance tubes:
Part 1: Method using standing wave ratio
- Part 2: Method using two microphones
Annexes A, B and C form an integral part of this part of IS0 10534.
Annex D is for information only.
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This page intentionally left blank
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INTERNATIONAL STANDARD @ IS0 IS0 10534=1:1996(E)
Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and
impedance in impedance tubes -
Part 1:
Method using standing wave ratio
Sound absorption coefficients exceeding the value 1
1 Scope
are therefore sometimes obtained.
1.1 This part of IS0 10534 specifies a method for
The impedance tube method requires samples of the
the determination of the sound absorption coefficient,
test object which are the size of the cross-sectional
reflection factor and surface impedance or surface
area of the impedance tube. The reverberation room
admittance of materials and objects. The values are
method requires test objects which are rather large
determined for normal sound incidence by evaluation
and can also be applied to test objects with pro-
of the standing wave pattern of a plane wave in a
nounced structures in the lateral and/or normal direc-
tube, which is generated by the superposition of an
tions. Measurements with such objects in the
incident sinusoidal plane wave with the plane wave
impedance tube must be interpreted with care
reflected from the test object.
(see 9.1).
This method can be used for the determination of the
For the computational transformation of the test re-
sound absorption coefficient of sound absorbers for
sults from the impedance tube method (normal inci-
normal sound incidence. It can further be used for the
dence) to the situation of diffuse sound incidence, see
determination of the acoustical surface impedance or
annex D.
surface admittance of sound-absorbing materials. It is
well suited for parameter studies and for the design of
I.3 This part of IS0 10534 gives preference to nu-
sound absorbers, because only small samples of the
merical methods of evaluation instead of graphical
absorber material are needed.
methods, because computers which can perform
these computations are assumed to be available.
Some of the quantities in the formulae are complex.
1.2 There are some characteristic differences be-
The arguments of trigonometric functions are in
tween this method and the measurement of sound
radians.
absorption in a reverberation room (see IS0 354).
The impedance tube method can be used for the de-
termination of the reflection factor and also the im-
2 Normative references
pedance or admittance. The sound is incident normally
on the object surface. The reverberation room method
will (under idealized conditions) determine the sound
The following standards contain provisions which,
absorption coefficient for random sound incidence.
through reference in this text, constitute provisions of
this part of IS0 10534. At the time of publication, the
The impedance tube method relies on the existence editions indicated were valid. All standards are subject
of a plane incident sound wave and gives exact values to revision, and parties to agreements based on this
under this condition (measuring and mounting errors
part of IS0 10534 are encouraged to investigate the
excluded). The evaluation of the sound absorption co- possibility of applying the most recent editions of the
efficient in a reverberation room is based on a number
standards indicated below. Members of IEC and IS0
of simplifying and approximate assumptions concern-
maintain registers of currently valid International Stan-
ing the sound field and the size of the absorber. dards.
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@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
IS0 266:- 1), Acoustics - Preferred frequencies. 3.10 normalized impedance, Z: Ratio of the imped-
ance Z to the characteristic impedance ZO:
IS0 354:1985, Acoustics - Measurement of sound
absorption in a reverberation room. 2 = z/z,
3.11 normalized admittance, g: Product of the
admittance G and the characteristic impedance ZO:
3 Definitions
g = ZoG
For the purposes of this part of IS0 10534, the follow-
3.12 standing wave ratio, S: Ratio of the sound
ing definitions apply.
pressure amplitude at a pressure maximum, lpmax I,
3.1 sound absorption coefficient, a: Ratio of the
to that at an adjacent pressure minimum, lpmin 1 (if
sound power entering the surface of the test object
necessary after correction for varying values at the
(without return) to the incident sound power for a
minima due to sound attenuation in the impedance
plane wave at normal incidence.
tube):
3.2 sound pressure reflection factor at normal
incidence, r: Complex ratio of the pressure amplitude
of the reflected wave to the incident wave in the refer-
3.13 standing wave ratio with attenuation, s,:
ence plane for a plane wave at normal incidence.
Standing wave ratio of the nth maximum to the lath
minimum.
3.3 reference plane: Cross-section of the imped-
ance tube for which the reflection factor I- or the im-
3.14 free-field wave number, kO:
pedance 2 or the admittance G are determined and
which is usually the surface of flat test objects. It is
k. = m/c, = 2Tcflco
assumed to be at x = 0.
3.4 field impedance, Z(X): Ratio of the sound press-
w is the angular frequency;
ure p(x) to the particle velocity V(X) (directed into the
test object) at a point x in the sound field.
is the frequency;
f
is the speed of sound.
CO
35 . impedance in the reference plane, 2,: Ratio at
the reference plane of the sound pressure p to the
In general the wave number is complex, so
sound particle velocity v:
ko. = ko’ - jko”
zr = p/v
3.6 surface impedance, Z: Complex ratio of the
k,’ is the real component (ko’ = 27c/&);
sound pressure p(O) to the normal component of the
sound particle velocity v(O) at the reference plane.
k,” is the imaginary component which is the at-
tenuation constant in nepers per metre.
3.7 surface admittance, G: Complex ratio of the
normal component of the sound particle velocity
v(O)
3.15 phase of reflection (factor), @: Results from
to the sound pressure p(O) in the reference plane.
the representation of the complex reflection factor by
magnitude and phase:
3.8 surface admittance, G,: Admittance component
at, and normal to, the surface of the test object.
r’ + jr" = lri. ej@ =
r= Irl (cos @ + jsin @)
3.9 characteristic impedance, Zo: Field impedance
r = ,12 + y”2
(in the direction of propagation) in a single plane wave:
II J
20 = Poco
di=arctanc
r’
where
r’ =
is the density of the medium (air); r COS @
PO
I I
is the speed of sound in the medium.
CO
I/
r = r sin@
I I
1) To be published. (Revision of IS0 266:1975)
2
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IS0 10534=1:1996(E)
@ IS0
3.16 working frequency range, f: Range within 5 Fundamentals
which measurements can be performed in a given
impedance tube:
5.1 General conditions
Ji
The method of this part of IS0 10534 relies heavily on
the fact that there exist only plane incident and re-
where Ji and fU are the lower and upper frequency
flected waves propagating parallel to the tube axis in
limits, respectively.
the test section of the tube (the section where the
standing wave pattern is explored). The generation of
other wave forms (higher modes) shall be avoided
3.17 test section: Section of the impedance tube
(see annex B). It is further assumed that the sound
with no higher modes, in which the standing wave
wave propagates in the tube without attenuation. Cor-
can be explored.
rections can be applied for residual attenuations
due to friction and thermal losses at the tube walls.
Methods for the determination of these corrections
3.18 installation section: Section of the impedance
are given in annex A.
tube in which the test object is installed.
5.2 Formulae
NOTE 1 The time factor e-@t is omitted in the following
4 Principle
formulae.
The test object is mounted at one end of a straight,
The incident sound wave pi is assumed to be plane,
rigid, smooth impedance tube which is a tight fit (see
harmonic in time with frequency f and angular fre-
figure 1). The incident plane sinusoidal sound wave pi
quency w = 271~fi without attenuation (for a correction
is generated by a loudspeaker at the other end of the
of attenuation, see annex A), and directed along the
tube. The superposition p = pi + pr of the incident
axis of the impedance tube (in the negative
wave pi with the wave reflected from the test object,
x-direction)
pr, produces a standing wave pattern in the tube. The
evaluation proceeds from the measured quantities
pi(X) = poeikoX
. . .
(either in a linear or in a logarithmic scale) of the sound
pressure amplitudes (p(x,i”) 1 at pressure minima
w
2?f
(one or more), and Ip(x,,,) 1 at pressure maxima.
=- =-
. . .
(2)
k0
These data are sufficient to determine the sound ab-
co Co
sorption coefficient. In addition, the distance x,i” 1 of
the first sound pressure minimum from the reference where the amplitude p. is arbitrary.
plane at x = 0 (which is usually the plane where the
The wave which is reflected from the test object hav-
surface of the test object is placed), and the sound
ing a reflection factor Y is then
wavelength Lo must be determined to give the reflec-
tion factor Y and the impedance Z or the admittance
- jkox
G = l/Z.
. . .
(3)
P,(X) = r * PO *e
NOTE - The first pressure maximum to be measured shall normally be chosen to lie between the first two minima, as shown.
Figure 1 - Standing wave pattern in a test tube
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IS0 10534=1:1996(E)
A pressure minimum occurs when they are in
The particle velocities of the waves (counted positive oppo-
site phases
in the negative x-direction, see figure 1) are, respec-
tively
1
I . .
(4)
=- PiCx)
vi
ZO
Using the standing wave ratio
=-Ipr(x) . . .
(5)
. . . (12)
q(x)
s = lpmax l/iPmin 1
ZO
The field impedance (in the negative x-direction) in the
standing wave is
I-
I+1 I
=-
S and . . .
(13)
PiCx> + P,Cx> = z PiCx> + P,Cx>
-r
Z(x) = 6) I II
y(x) + v,(x) O PiCx)- P,(x) * * ’
s- I
=-
r . . .
(14)
I I
s+l
5.3 Inter-relationships
At the reference plane x = 0, therefore
5.5 Sound absorption coefficient
%*a
. . .
z=z(o)=z, 1 (7)
-
The sound absorption coefficient then follows from
equations (9), (12) and (14) with the measured ampli-
tudes lpmax I and lpmin I at a given frequency.
from which follows
(Z/Zo)- 1 If the sound pressure in the impedance tube is meas-
. . .
(8)
ured in a logarithmic scale (in decibels), and the differ-
r= (Z/Z(J)+1
ence in level between the pressure maximum and the
pressure minimum is AL dB, then
The sound absorption coefficient cx for plane waves is
s = 1 ow20
. . . (15)
a=l-lr12 . . .
(9)
The sound absorption coefficient then follows from
where I . . . I indicates the magnitude of a complex
quantity.
4 x 1 oM'*O
. . .
a= (16)
(1 o”‘*O + I)2
Equations (7) to (9) are the inter-relationships between
the quantities which are determined according to this
part of IS0 10534. If the reference plane is in the sur-
face of a flat test object, these quantities are the sur-
5.6 Reflection factor
face impedance, the reflection factor (for normal
sound incidence) and the absorption coefficient (for
The phase angle CD of the complex reflection factor
normal sound incidence) of the test object, respec-
tively. If the reference plane is in front of the test ob-
r +.i@ . . .
r= (17)
I I
coefficient remains
ject (X > 0), the absorption
unchanged; the reflection factor r and the impedance
follows from the phase co ndition for a pressure mini-
Z will change to quantities which are said to be
mum in the stand ing wave
“transformed to a distance”, namely the distance
between the reference plane and the object surface.
0 + (2n - 1)7C = 2kOXmin n
This concept is used sometimes in connection with
,
structured test objects (see 9.1 and clause 10).
refer-
for the .th minimum (n = 1, 2,. .) in front of the
ence plane (towards the sound source).
5.4 Standing wave
From this it follows that
A pressure maximum in the standing wave occurs
when pi and pr are in phase, i.e.
4x ”
mln,n_2n+l
@=n: . . .
(19)
. . .
(10)
IPmaxI = IPol-(l+ lrl)
a0
t 1
4
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and for the first minimum (n = 1) The test equipment shall be checked before use by a
series of tests. These help to exclude error sources
and to secure the minimum requirements. Procedures
. . .
(20)
for these tests are given in annex B.
The complex reflection factor is then
6.1 Impedance tube
r= rp + jrfr 0 0 . PI)
6.1 .I Construction
r’ =
r -COS@ . . .
(22)
I I
The impedance tube shall be straight, with a constant
N cross-section (to within 0,2 %) and with rigid, smooth,
. . .
r = r l sin @ (23
I I
non-porous walls without holes or slits in the test
section. The walls shall be heavy and thick enough
(preferably made from metal or, for tubes of larger
cross-sections, from tight and smooth concrete) not
5.7 llmpedance
to be excited to vibration by the sound signal, and not
to show vibration resonances in the working fre-
From equation (7) one obtains the normalized imped-
quency range of the tube. For metal walls, a thickness
ance 2 = Z/Zo:
of about 5 % or about 10 % of the cross-dimension is
recommended for circular or rectangular tubes, re-
z=z'+ jz" . . .
(24)
spectively. Tube walls made out of concrete shall be
sealed by a smooth tight and highly adhesive finish.
I- r’2 - r”*
The same holds for tube walls made of wood. These
. . . (25)
” = (I _ r’)* + r”2
should be re-inforced and damped by an external
coating of steel or lead sheets.
2 rN
/I -
. . .
2 - (26)
The shape of the cross-section of the tube is arbitrary,
(I- ,‘>* + r”*
in principle. Circular or rectangular cross-sections are
recommended (if rectangular, then preferably square).
If rectangular tubes are composed from plates, care
5.8 Wavelength
shall be taken that there are no slits in the corners
(e.g. by sealing with adhesives or with a finish).
The wavelength il, at the frequency f of the sound
signal follows either from the equation
. . .
(27) 6.1.2 Working frequency range
a0 = co/f
The working frequency range 6
where co is the sound velocity (for the determination
ance tube is determined by its length and cross-
of co see annex A), or from the distance between two
dimension. In order to be able to explore two pressure
pressure minima of the standing wave (with a rigid
minima even for unfavourable reflection phases, the
termination of the impedance tube) which are num-
bered IZ and m, respectively [see equation (19)] length of the test section of the tube shall be
I 3 3&/4 at the lower frequency limit Ji.
2
. . .
(28)
a 0 = z Xmin,n - Xmin,m
( )
The loudspeaker will generally produce higher wave
modes besides the plane wave. They will die out
within a distance of about three tube diameters or
three times the maximum lateral dimension of rectan-
gular impedance tubes below the lower cut-off fre-
6 Test equipment
quency of the first higher mode. Test objects with
laterally varying acoustic qualities (e.g. resonators) will
The test eq uipment consists of an impedance tube, a
produce higher-mode contributions to the reflected
test-sample holder, a probe microphone, a device to
wave.
move and position the probe microphone, signal-
processing
equipment for the microphone signal, a
The test section of the impedance tube shall avoid
loudspeaker l , a signal generator, possibly an absorber
both ranges of possible higher modes. Thus the tube
termination of the impedance tube, and a thermome-
length I between the front surface of the test object
ter.
5
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@ IS0
IS0 10534-1:1996(E)
and the loudspeaker is related to the lower frequency
d s 0,58;1, . . .
(32)
IimitJi of the working frequency range by the condition
. . .
f”d 6 200 (33)
1~250,‘f+3d . . .
cm
for circular tubes with the inside diameter &% in metres.
where
1 is the length, in metres;
6.2 Test-sample holder
is the frequency, in hertz;
f
The sample holder is either integrated into the im-
d is the inside diameter (or the maximum side
pedance tube or is a separate unit which, during the
length), in metres.
measurement, is tightly fixed to one end of the tube.
(For possible arrangements, see figure 2.)
The upper limit of the working frequency range, fU, is
given by the possible onset of propagating higher
The length of the sample holder shall be large enough
modes. The condition for& is
to install test objects leaving air spaces of a required
depth behind them.
d s o,5ao . . .
(301
If the sample holder is a separate unit, its interior
shape and dimensions shall conform to those of the
. . .
f”d s 170 (31)
impedance tube to within 0,2 %. The mounting of the
tube shall be tight, without insertion of elastic gaskets
for rectangular tubes with fU in hertz and the maxi-
(Vaseline is recommended for sealing).
mum side length d in metres; and
b
a) With removable cover
P b
4
b) With a separate unit
Figure 2 - Sample holder
6
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@ IS0 IS0 10534=1:1996(E)
pressure minima and for the acquisition of sound
It is recommended to integrate the sample holder into
the impedance tube and to make the installation sec- pressure amplitudes (or levels) in the maxima and
minima of the standing wave.
tion of the tube accessible by a removable cover in
order to insert the test object. The contact surfaces of
Either the microphone moves outside the impedance
this removable cover with the tube shall be carefully
tube, in which case it is connected to a probe tube
finished and the use of a sealant (Vaseline) is rec-
with a sound pick-up opening in the impedance tube,
ommended to avoid small leaks. Generally, with rec-
or the microphone itself is placed (and is movable) in
tangular tubes it is recommended to install the test
the impedance tube. The blockage of the cross-
object from the side into the tube (instead of pushing
section of the impedance tube by the microphone
it axially into the tube); it is then possible to check the
and/or supports and/or other installations shall not be
fitting and the position of the test object in the tube,
larger than 5 % in any cross-section of the test section.
to check the position and the flatness of the front sur-
face, and to reposition the reference plane precisely in
relation to the front surface. A sideways insertion also
6.3.1 Microphone with probe tube
avoids the compression of soft materials.
The probe tube shall be of metal with sufficient wall
The back plate of the sample holder shall be rigid and
thickness to avoid cross-talk of the sound field into the
shall be fixed tightly to the tube since it serves as a
probe tube through the walls. The boring of the tube
rigid termination in many measurements. A metal
should be relative to its length; a long probe tube of
plate of thickness not less than 2 cm is recommended.
small diameter may have too high an internal attenua-
tion (for a check, see annex B). In a horizontal imped-
For some tests a volume of air behind the test object,
ance tube, a centrally mounted probe tube shall be
with a depth of Ao/4, acts as a pressure-release termin-
supported to avoid flexion of the probe tube, as this
ation. Movable plugs in the sample holder are used
might give rise to higher sound modes. The supports
sometimes as rigid terminations, which allow for a
shall not be close to the sound pick-up opening.
variable depth of this air gap. They should be used
with great care, because even tiny leaks between the
In a vertical impedance tube with the installation sec-
plug and the wall of the sample holder will lead to er-
tion at the lower end, the microphone or the probe
roneous results (for corrections for distances other than
tube may hang freely in the impedance tube.
ao/4, see annex C).
In a rectangular impedance tube, the tube may be
rotated around its axis by about 45" (see figure 3)
6.3 Microphone
and the probe placed into the lower corner; then any
A mova ble mi crophone r ,egiste rs the sta nding wave supports can be avoided. A further advantage of
ttern in the impedance tube, for the lo lcalization of this position is that structure-borne vibrations of the
Pa
Figure 3 - Microphone probe tube in a corner of the impedance tube
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@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
The dynamic range of the signal-processing unit
impedance tube are smallest in the corners (see an-
should be higher than 60 dB. The errors due to non-
nex B for a check of structure-borne cross-talk). In
linearity, reading errors, instability and temperature
principle, the sound pick-up opening can be in a cor-
sensitivity shall be less than 0,2 dB, or less than 2 %
ner, too. For registration of the sound pressure on or
with a linear reading of the sound pressure. Sound
near the axis of the impedance tube, an elbow termi-
level meters of class 0 normally fulfil the require-
nation with the pick-up opening can be used.
ments.
Mechanical contacts between the probe and the im-
There shall be sufficient filtering in the microphone
pedance tube which can transmit vibrations to the
circuit to ensure that noise and the harmonic content
probe tube shall be avoided, especially at the opening
of the signal with the microphone or the probe at a
where the probe tube enters the impedance tube. At
pressure maximum are at least 50 dB below the fun-
this opening, a soft foam support for the probe is rec-
damental frequency signal.
ommended.
6.32 Microphone in the impedance tube
6.6 koudspeaker
For the maximum permissible blockage of the micro-
A membrane loudspeaker (or a pressure chamber
phone and its supports, see 6.3. Structure-borne exci-
loudspeaker for high frequencies with a horn as a
tation of the microphone shall be avoided, because it
transmission element to the impedance tube) should
is difficult to check for such bypass excitations.
be the termination of the impedance tube at the end
opposite to the sample holder. The surface of the
6.3.3 Acoustic centre of the probe microphone
loudspeaker membrane (or of the horn exit) shall
cover at least two-thirds of the cross-sectional area
The position of the acoustic centre of the pressure
of the impedance tube. The loudspeaker axis can be
pick-up of the microphone or of the probe tube may either coaxial with the tube [see figure 4 a)], or in-
be different from the geometrical centres. For the de-
clined [see figure 4 b)], or connected to the tube by an
termination of the acoustic centre, see annex A. elbow [see figure 4 c)] to give space for the introduc-
tion of the probe tube.
The loudspeaker shall be contained in a sound-
6.4 Device for moving and positioning the
insulating box in order to avoid airborne cross-talk to
microphone
the microphone. Elastic vibration insulation shall be
applied between the impedance tube and the frame of
The device for moving the probe microphone and for
the loudspeaker as well as to the loudspeaker box
reading the position of its acoustic centre should allow
(preferably also between the impedance tube and the
for a precision of k 0,5 mm. This tolerance may
transmission element) in order to avoid structure-
linearly increase for frequencies below 300 Hz down
borne sound excitation of the impedance tube.
to 50 Hz, to a maximum tolerance of + 2 mm. The
positioning of the microphone shall be independent of
If more than one loudspeaker is used (e.g. for large
the direction of motion of the microphone (no bias on
tubes), then the phase of the loudspeakers should be
reversal of direction).
checked in order to reduce the generation of higher
modes.
A movable measuring rule which permits placing the
rule on zero when the acoustic centre of the probe
microphone is in the reference plane may be found to
6.7 Signal generator
be convenient.
The signal generator consists of a generator for sinu-
A device which allows continuous motion of the probe
soidal oscillations, a power amplifier and, possibly, a
microphone at a constant speed is useful for the
frequency counter.
checks described in annex B.
The precision of frequency tuning and reading shall be
better than 2 %. This is also the tolerance for uncon-
6.5 Signal-processing equipment
trolled frequency variations during a measurement.
The signal-processing equipment consists of an am- The generation of higher harmonics by the signal gen-
plifier, a filter, a meter for the sound pressure or the erator, the power amplifier and the loudspeaker shall
sound pressure level (relative to an arbitrary but fixed be such that the harmonic content of the signal after
reference pressure) and, preferably, a continuous re- filtering in the microphone circuit will not exceed the
corder for the standing wave pattern. value specified in 6.5.
8
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@ IS0
IS0 10534-1:1996(E)
a) Straight Loudspeaker termination bl) Termination with inclined loudspeaker with insertion of microphone probe tube
c) Loudspeaker connected to the tube with an elbow with insertion of microphone probe tube
Figure 4 -
Types of loudspeaker termination
9
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@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
The front surface of flat test samples shall be
68 . Loudspeaker termination
mounted normally to the tube axis. Their positions
shall be specified with minimum tolerances, for ob-
Resonances of the air column in the im
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 10534-1:1999
01-november-1999
$NXVWLND8JRWDYOMDQMHNRHILFLHQWDDEVRUSFLMHLQLPSHGDQFH]YRNDY.XQGWRYLFHYL
±GHO 0HWRGDUD]PHUMDYVWRMHþHPYDORYDQMX
Acoustics -- Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance
tubes -- Part 1: Method using standing wave ratio
Acoustique -- Détermination du facteur d'absorption acoustique et de l'impédance
acoustique à l'aide du tube d'impédance -- Partie 1: Méthode du taux d'ondes
stationnaires
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 10534-1:1996
ICS:
17.140.01 $NXVWLþQDPHUMHQMDLQ Acoustic measurements and
EODåHQMHKUXSDQDVSORãQR noise abatement in general
SIST ISO 10534-1:1999 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 10534-1:1999
---------------------- Page: 2 ----------------------
SIST ISO 10534-1:1999
INTERNATIONAL
IS0
STANDARD
10534-l
First edition
1996-I 2-l 5
Acoustics - Determination of sound
absorption coefficient and impedance in
impedance tubes -
Part 1:
Method using standing wave ratio
Acoustique -
Dgtermination du facteur d’absorption acoustique et
de /‘imp&dance acoustique a I’aide du tube d/imp&dance -
Partie 1: M&hode du taux d’ondes stationnaires
Reference number
IS0 10534-I : 1996(E)
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SIST ISO 10534-1:1999
IS0 10534=1:1996(E)
Page
Contents
1
...........................................................................................
1 Scope
1
Normative references .
2
2
Definitions .
3
3
4 Principle .
3
..............................................................................
5 Fundamentals
5
...........................................................................
6 Test equipment
IO
..........................................
7 Preliminary tests and measurements
IO
.......................................................
8 Mounting of the test sample
IO
..............................................................................
9 Test methods
.................... 11
10 Transformation of reflection factor and impedance
12
...................................................................................
11 Test report
Annexes
14
A Preliminary measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6 Verification of the test equipment
19
C Pressure-release termination of test sample . . . . . . . . . . . . . . . . .I.
D Determination of diffuse sound absorption coefficient a,, of
20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
locally reacting absorbers
0 IS0 1996
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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SIST ISO 10534-1:1999
IS0 10534=1:1996(E)
@ IS0
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide fed-
eration of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
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. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 10534-I was prepared by Technical Committee
lSO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 2, Building acoustics.
IS0 10534 consists of the following parts, under the general title Acous-
tics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in
impedance tubes:
Part 1: Method using standing wave ratio
- Part 2: Method using two microphones
Annexes A, B and C form an integral part of this part of IS0 10534.
Annex D is for information only.
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SIST ISO 10534-1:1999
This page intentionally left blank
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SIST ISO 10534-1:1999
INTERNATIONAL STANDARD @ IS0 IS0 10534=1:1996(E)
Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and
impedance in impedance tubes -
Part 1:
Method using standing wave ratio
Sound absorption coefficients exceeding the value 1
1 Scope
are therefore sometimes obtained.
1.1 This part of IS0 10534 specifies a method for
The impedance tube method requires samples of the
the determination of the sound absorption coefficient,
test object which are the size of the cross-sectional
reflection factor and surface impedance or surface
area of the impedance tube. The reverberation room
admittance of materials and objects. The values are
method requires test objects which are rather large
determined for normal sound incidence by evaluation
and can also be applied to test objects with pro-
of the standing wave pattern of a plane wave in a
nounced structures in the lateral and/or normal direc-
tube, which is generated by the superposition of an
tions. Measurements with such objects in the
incident sinusoidal plane wave with the plane wave
impedance tube must be interpreted with care
reflected from the test object.
(see 9.1).
This method can be used for the determination of the
For the computational transformation of the test re-
sound absorption coefficient of sound absorbers for
sults from the impedance tube method (normal inci-
normal sound incidence. It can further be used for the
dence) to the situation of diffuse sound incidence, see
determination of the acoustical surface impedance or
annex D.
surface admittance of sound-absorbing materials. It is
well suited for parameter studies and for the design of
I.3 This part of IS0 10534 gives preference to nu-
sound absorbers, because only small samples of the
merical methods of evaluation instead of graphical
absorber material are needed.
methods, because computers which can perform
these computations are assumed to be available.
Some of the quantities in the formulae are complex.
1.2 There are some characteristic differences be-
The arguments of trigonometric functions are in
tween this method and the measurement of sound
radians.
absorption in a reverberation room (see IS0 354).
The impedance tube method can be used for the de-
termination of the reflection factor and also the im-
2 Normative references
pedance or admittance. The sound is incident normally
on the object surface. The reverberation room method
will (under idealized conditions) determine the sound
The following standards contain provisions which,
absorption coefficient for random sound incidence.
through reference in this text, constitute provisions of
this part of IS0 10534. At the time of publication, the
The impedance tube method relies on the existence editions indicated were valid. All standards are subject
of a plane incident sound wave and gives exact values to revision, and parties to agreements based on this
under this condition (measuring and mounting errors
part of IS0 10534 are encouraged to investigate the
excluded). The evaluation of the sound absorption co- possibility of applying the most recent editions of the
efficient in a reverberation room is based on a number
standards indicated below. Members of IEC and IS0
of simplifying and approximate assumptions concern-
maintain registers of currently valid International Stan-
ing the sound field and the size of the absorber. dards.
---------------------- Page: 7 ----------------------
SIST ISO 10534-1:1999
@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
IS0 266:- 1), Acoustics - Preferred frequencies. 3.10 normalized impedance, Z: Ratio of the imped-
ance Z to the characteristic impedance ZO:
IS0 354:1985, Acoustics - Measurement of sound
absorption in a reverberation room. 2 = z/z,
3.11 normalized admittance, g: Product of the
admittance G and the characteristic impedance ZO:
3 Definitions
g = ZoG
For the purposes of this part of IS0 10534, the follow-
3.12 standing wave ratio, S: Ratio of the sound
ing definitions apply.
pressure amplitude at a pressure maximum, lpmax I,
3.1 sound absorption coefficient, a: Ratio of the
to that at an adjacent pressure minimum, lpmin 1 (if
sound power entering the surface of the test object
necessary after correction for varying values at the
(without return) to the incident sound power for a
minima due to sound attenuation in the impedance
plane wave at normal incidence.
tube):
3.2 sound pressure reflection factor at normal
incidence, r: Complex ratio of the pressure amplitude
of the reflected wave to the incident wave in the refer-
3.13 standing wave ratio with attenuation, s,:
ence plane for a plane wave at normal incidence.
Standing wave ratio of the nth maximum to the lath
minimum.
3.3 reference plane: Cross-section of the imped-
ance tube for which the reflection factor I- or the im-
3.14 free-field wave number, kO:
pedance 2 or the admittance G are determined and
which is usually the surface of flat test objects. It is
k. = m/c, = 2Tcflco
assumed to be at x = 0.
3.4 field impedance, Z(X): Ratio of the sound press-
w is the angular frequency;
ure p(x) to the particle velocity V(X) (directed into the
test object) at a point x in the sound field.
is the frequency;
f
is the speed of sound.
CO
35 . impedance in the reference plane, 2,: Ratio at
the reference plane of the sound pressure p to the
In general the wave number is complex, so
sound particle velocity v:
ko. = ko’ - jko”
zr = p/v
3.6 surface impedance, Z: Complex ratio of the
k,’ is the real component (ko’ = 27c/&);
sound pressure p(O) to the normal component of the
sound particle velocity v(O) at the reference plane.
k,” is the imaginary component which is the at-
tenuation constant in nepers per metre.
3.7 surface admittance, G: Complex ratio of the
normal component of the sound particle velocity
v(O)
3.15 phase of reflection (factor), @: Results from
to the sound pressure p(O) in the reference plane.
the representation of the complex reflection factor by
magnitude and phase:
3.8 surface admittance, G,: Admittance component
at, and normal to, the surface of the test object.
r’ + jr" = lri. ej@ =
r= Irl (cos @ + jsin @)
3.9 characteristic impedance, Zo: Field impedance
r = ,12 + y”2
(in the direction of propagation) in a single plane wave:
II J
20 = Poco
di=arctanc
r’
where
r’ =
is the density of the medium (air); r COS @
PO
I I
is the speed of sound in the medium.
CO
I/
r = r sin@
I I
1) To be published. (Revision of IS0 266:1975)
2
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SIST ISO 10534-1:1999
IS0 10534=1:1996(E)
@ IS0
3.16 working frequency range, f: Range within 5 Fundamentals
which measurements can be performed in a given
impedance tube:
5.1 General conditions
Ji
The method of this part of IS0 10534 relies heavily on
the fact that there exist only plane incident and re-
where Ji and fU are the lower and upper frequency
flected waves propagating parallel to the tube axis in
limits, respectively.
the test section of the tube (the section where the
standing wave pattern is explored). The generation of
other wave forms (higher modes) shall be avoided
3.17 test section: Section of the impedance tube
(see annex B). It is further assumed that the sound
with no higher modes, in which the standing wave
wave propagates in the tube without attenuation. Cor-
can be explored.
rections can be applied for residual attenuations
due to friction and thermal losses at the tube walls.
Methods for the determination of these corrections
3.18 installation section: Section of the impedance
are given in annex A.
tube in which the test object is installed.
5.2 Formulae
NOTE 1 The time factor e-@t is omitted in the following
4 Principle
formulae.
The test object is mounted at one end of a straight,
The incident sound wave pi is assumed to be plane,
rigid, smooth impedance tube which is a tight fit (see
harmonic in time with frequency f and angular fre-
figure 1). The incident plane sinusoidal sound wave pi
quency w = 271~fi without attenuation (for a correction
is generated by a loudspeaker at the other end of the
of attenuation, see annex A), and directed along the
tube. The superposition p = pi + pr of the incident
axis of the impedance tube (in the negative
wave pi with the wave reflected from the test object,
x-direction)
pr, produces a standing wave pattern in the tube. The
evaluation proceeds from the measured quantities
pi(X) = poeikoX
. . .
(either in a linear or in a logarithmic scale) of the sound
pressure amplitudes (p(x,i”) 1 at pressure minima
w
2?f
(one or more), and Ip(x,,,) 1 at pressure maxima.
=- =-
. . .
(2)
k0
These data are sufficient to determine the sound ab-
co Co
sorption coefficient. In addition, the distance x,i” 1 of
the first sound pressure minimum from the reference where the amplitude p. is arbitrary.
plane at x = 0 (which is usually the plane where the
The wave which is reflected from the test object hav-
surface of the test object is placed), and the sound
ing a reflection factor Y is then
wavelength Lo must be determined to give the reflec-
tion factor Y and the impedance Z or the admittance
- jkox
G = l/Z.
. . .
(3)
P,(X) = r * PO *e
NOTE - The first pressure maximum to be measured shall normally be chosen to lie between the first two minima, as shown.
Figure 1 - Standing wave pattern in a test tube
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SIST ISO 10534-1:1999
@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
A pressure minimum occurs when they are in
The particle velocities of the waves (counted positive oppo-
site phases
in the negative x-direction, see figure 1) are, respec-
tively
1
I . .
(4)
=- PiCx)
vi
ZO
Using the standing wave ratio
=-Ipr(x) . . .
(5)
. . . (12)
q(x)
s = lpmax l/iPmin 1
ZO
The field impedance (in the negative x-direction) in the
standing wave is
I-
I+1 I
=-
S and . . .
(13)
PiCx> + P,Cx> = z PiCx> + P,Cx>
-r
Z(x) = 6) I II
y(x) + v,(x) O PiCx)- P,(x) * * ’
s- I
=-
r . . .
(14)
I I
s+l
5.3 Inter-relationships
At the reference plane x = 0, therefore
5.5 Sound absorption coefficient
%*a
. . .
z=z(o)=z, 1 (7)
-
The sound absorption coefficient then follows from
equations (9), (12) and (14) with the measured ampli-
tudes lpmax I and lpmin I at a given frequency.
from which follows
(Z/Zo)- 1 If the sound pressure in the impedance tube is meas-
. . .
(8)
ured in a logarithmic scale (in decibels), and the differ-
r= (Z/Z(J)+1
ence in level between the pressure maximum and the
pressure minimum is AL dB, then
The sound absorption coefficient cx for plane waves is
s = 1 ow20
. . . (15)
a=l-lr12 . . .
(9)
The sound absorption coefficient then follows from
where I . . . I indicates the magnitude of a complex
quantity.
4 x 1 oM'*O
. . .
a= (16)
(1 o”‘*O + I)2
Equations (7) to (9) are the inter-relationships between
the quantities which are determined according to this
part of IS0 10534. If the reference plane is in the sur-
face of a flat test object, these quantities are the sur-
5.6 Reflection factor
face impedance, the reflection factor (for normal
sound incidence) and the absorption coefficient (for
The phase angle CD of the complex reflection factor
normal sound incidence) of the test object, respec-
tively. If the reference plane is in front of the test ob-
r +.i@ . . .
r= (17)
I I
coefficient remains
ject (X > 0), the absorption
unchanged; the reflection factor r and the impedance
follows from the phase co ndition for a pressure mini-
Z will change to quantities which are said to be
mum in the stand ing wave
“transformed to a distance”, namely the distance
between the reference plane and the object surface.
0 + (2n - 1)7C = 2kOXmin n
This concept is used sometimes in connection with
,
structured test objects (see 9.1 and clause 10).
refer-
for the .th minimum (n = 1, 2,. .) in front of the
ence plane (towards the sound source).
5.4 Standing wave
From this it follows that
A pressure maximum in the standing wave occurs
when pi and pr are in phase, i.e.
4x ”
mln,n_2n+l
@=n: . . .
(19)
. . .
(10)
IPmaxI = IPol-(l+ lrl)
a0
t 1
4
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SIST ISO 10534-1:1999
0 IS0
IS0 10534=1:1996(E)
and for the first minimum (n = 1) The test equipment shall be checked before use by a
series of tests. These help to exclude error sources
and to secure the minimum requirements. Procedures
. . .
(20)
for these tests are given in annex B.
The complex reflection factor is then
6.1 Impedance tube
r= rp + jrfr 0 0 . PI)
6.1 .I Construction
r’ =
r -COS@ . . .
(22)
I I
The impedance tube shall be straight, with a constant
N cross-section (to within 0,2 %) and with rigid, smooth,
. . .
r = r l sin @ (23
I I
non-porous walls without holes or slits in the test
section. The walls shall be heavy and thick enough
(preferably made from metal or, for tubes of larger
cross-sections, from tight and smooth concrete) not
5.7 llmpedance
to be excited to vibration by the sound signal, and not
to show vibration resonances in the working fre-
From equation (7) one obtains the normalized imped-
quency range of the tube. For metal walls, a thickness
ance 2 = Z/Zo:
of about 5 % or about 10 % of the cross-dimension is
recommended for circular or rectangular tubes, re-
z=z'+ jz" . . .
(24)
spectively. Tube walls made out of concrete shall be
sealed by a smooth tight and highly adhesive finish.
I- r’2 - r”*
The same holds for tube walls made of wood. These
. . . (25)
” = (I _ r’)* + r”2
should be re-inforced and damped by an external
coating of steel or lead sheets.
2 rN
/I -
. . .
2 - (26)
The shape of the cross-section of the tube is arbitrary,
(I- ,‘>* + r”*
in principle. Circular or rectangular cross-sections are
recommended (if rectangular, then preferably square).
If rectangular tubes are composed from plates, care
5.8 Wavelength
shall be taken that there are no slits in the corners
(e.g. by sealing with adhesives or with a finish).
The wavelength il, at the frequency f of the sound
signal follows either from the equation
. . .
(27) 6.1.2 Working frequency range
a0 = co/f
The working frequency range 6
where co is the sound velocity (for the determination
ance tube is determined by its length and cross-
of co see annex A), or from the distance between two
dimension. In order to be able to explore two pressure
pressure minima of the standing wave (with a rigid
minima even for unfavourable reflection phases, the
termination of the impedance tube) which are num-
bered IZ and m, respectively [see equation (19)] length of the test section of the tube shall be
I 3 3&/4 at the lower frequency limit Ji.
2
. . .
(28)
a 0 = z Xmin,n - Xmin,m
( )
The loudspeaker will generally produce higher wave
modes besides the plane wave. They will die out
within a distance of about three tube diameters or
three times the maximum lateral dimension of rectan-
gular impedance tubes below the lower cut-off fre-
6 Test equipment
quency of the first higher mode. Test objects with
laterally varying acoustic qualities (e.g. resonators) will
The test eq uipment consists of an impedance tube, a
produce higher-mode contributions to the reflected
test-sample holder, a probe microphone, a device to
wave.
move and position the probe microphone, signal-
processing
equipment for the microphone signal, a
The test section of the impedance tube shall avoid
loudspeaker l , a signal generator, possibly an absorber
both ranges of possible higher modes. Thus the tube
termination of the impedance tube, and a thermome-
length I between the front surface of the test object
ter.
5
---------------------- Page: 11 ----------------------
SIST ISO 10534-1:1999
@ IS0
IS0 10534-1:1996(E)
and the loudspeaker is related to the lower frequency
d s 0,58;1, . . .
(32)
IimitJi of the working frequency range by the condition
. . .
f”d 6 200 (33)
1~250,‘f+3d . . .
cm
for circular tubes with the inside diameter &% in metres.
where
1 is the length, in metres;
6.2 Test-sample holder
is the frequency, in hertz;
f
The sample holder is either integrated into the im-
d is the inside diameter (or the maximum side
pedance tube or is a separate unit which, during the
length), in metres.
measurement, is tightly fixed to one end of the tube.
(For possible arrangements, see figure 2.)
The upper limit of the working frequency range, fU, is
given by the possible onset of propagating higher
The length of the sample holder shall be large enough
modes. The condition for& is
to install test objects leaving air spaces of a required
depth behind them.
d s o,5ao . . .
(301
If the sample holder is a separate unit, its interior
shape and dimensions shall conform to those of the
. . .
f”d s 170 (31)
impedance tube to within 0,2 %. The mounting of the
tube shall be tight, without insertion of elastic gaskets
for rectangular tubes with fU in hertz and the maxi-
(Vaseline is recommended for sealing).
mum side length d in metres; and
b
a) With removable cover
P b
4
b) With a separate unit
Figure 2 - Sample holder
6
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SIST ISO 10534-1:1999
@ IS0 IS0 10534=1:1996(E)
pressure minima and for the acquisition of sound
It is recommended to integrate the sample holder into
the impedance tube and to make the installation sec- pressure amplitudes (or levels) in the maxima and
minima of the standing wave.
tion of the tube accessible by a removable cover in
order to insert the test object. The contact surfaces of
Either the microphone moves outside the impedance
this removable cover with the tube shall be carefully
tube, in which case it is connected to a probe tube
finished and the use of a sealant (Vaseline) is rec-
with a sound pick-up opening in the impedance tube,
ommended to avoid small leaks. Generally, with rec-
or the microphone itself is placed (and is movable) in
tangular tubes it is recommended to install the test
the impedance tube. The blockage of the cross-
object from the side into the tube (instead of pushing
section of the impedance tube by the microphone
it axially into the tube); it is then possible to check the
and/or supports and/or other installations shall not be
fitting and the position of the test object in the tube,
larger than 5 % in any cross-section of the test section.
to check the position and the flatness of the front sur-
face, and to reposition the reference plane precisely in
relation to the front surface. A sideways insertion also
6.3.1 Microphone with probe tube
avoids the compression of soft materials.
The probe tube shall be of metal with sufficient wall
The back plate of the sample holder shall be rigid and
thickness to avoid cross-talk of the sound field into the
shall be fixed tightly to the tube since it serves as a
probe tube through the walls. The boring of the tube
rigid termination in many measurements. A metal
should be relative to its length; a long probe tube of
plate of thickness not less than 2 cm is recommended.
small diameter may have too high an internal attenua-
tion (for a check, see annex B). In a horizontal imped-
For some tests a volume of air behind the test object,
ance tube, a centrally mounted probe tube shall be
with a depth of Ao/4, acts as a pressure-release termin-
supported to avoid flexion of the probe tube, as this
ation. Movable plugs in the sample holder are used
might give rise to higher sound modes. The supports
sometimes as rigid terminations, which allow for a
shall not be close to the sound pick-up opening.
variable depth of this air gap. They should be used
with great care, because even tiny leaks between the
In a vertical impedance tube with the installation sec-
plug and the wall of the sample holder will lead to er-
tion at the lower end, the microphone or the probe
roneous results (for corrections for distances other than
tube may hang freely in the impedance tube.
ao/4, see annex C).
In a rectangular impedance tube, the tube may be
rotated around its axis by about 45" (see figure 3)
6.3 Microphone
and the probe placed into the lower corner; then any
A mova ble mi crophone r ,egiste rs the sta nding wave supports can be avoided. A further advantage of
ttern in the impedance tube, for the lo lcalization of this position is that structure-borne vibrations of the
Pa
Figure 3 - Microphone probe tube in a corner of the impedance tube
---------------------- Page: 13 ----------------------
SIST ISO 10534-1:1999
@ IS0
IS0 10534=1:1996(E)
The dynamic range of the signal-processing unit
impedance tube are smallest in the corners (see an-
should be higher than 60 dB. The errors due to non-
nex B for a check of structure-borne cross-talk). In
linearity, reading errors, instability and temperature
principle, the sound pick-up opening can be in a cor-
sensitivity shall be less than 0,2 dB, or less than 2 %
ner, too. For registration of the sound pressure on or
with a linear reading of the sound pressure. Sound
near the axis of the impedance tube, an elbow termi-
level meters of class 0 normally fulfil the require-
nation with the pick-up opening can be used.
ments.
Mechanical contacts between the probe and the im-
There shall be sufficient filtering in the microphone
pedance tube which can transmit vibrations to the
circuit to ensure that noise and the harmonic content
probe tube shall be avoided, especially at the opening
of the signal with the microphone or the probe at a
where the probe tube enters the impedance tube. At
pressure maximum are at least 50 dB below the fun-
this opening, a soft foam support for the probe is rec-
damental frequency signal.
ommended.
6.32 Microphone in the impedance tube
6.6 koudspeaker
For the maximum permissible blockage of the micro-
A membrane loudspeaker (or a pressure chamber
phone and its supports, see 6.3. Structure-borne exci-
loudspeaker for high frequencies with a horn as a
tation of the microphone shall be avoided, because it
transmission element to the impedance tube) should
is difficult to check for such bypass excitations.
be the termination of the impedance tube at the end
opposite to the sample holder. The surface of the
6.3.3 Acoustic centre of the probe microphone
loudspeaker membrane (or of the horn exit) shall
cover at least two-thirds of the cross-sectional area
The position of the acoustic centre of the pressure
of the impedance tube. The loudspeaker axis can be
pick-up of the microphone or of the probe tube may either coaxial with the tube [see figure 4 a)], or in-
be different from the geometrical centres. For the de-
clined [see figure 4 b)], or connected to the tube by an
termination of the acoustic centre, see annex A. elbow [see figure 4 c)] to give space for the introduc-
tion of the probe tube.
The loudspeaker shall be contained in a sound-
6.4 Device for moving and positioning the
insulating box in order to avoid airborne cross-talk to
microphone
the microphone. Elastic vibration insulation shall be
applied between the impedance tube and the frame of
The device for moving the probe microphone and for
the loudspeaker as well as to the loudspeaker box
reading the position of its acoustic centre should allow
(preferably also between the impedance tube and the
for a precision of k 0,5 mm. This tolerance may
transmission element) in order to avoid structure-
linearly increase for frequencies below 300 Hz down
borne sound excitation of the impedance tube.
to 50 Hz, to a maximum tolerance of + 2 mm. The
positioning of the microphone shall be independent of
If more than one loudspeaker is used (e.g. for large
the direction of motion of the microphone (no bias on
tubes), then the phase of the loudspeakers should be
reversal of direction).
checked in order to reduce the generation of higher
modes.
A movable measuring rule which permits placing the
rule on zero when the acoustic centre of the probe
microphone is in the reference plane may be found to
6.7 Signal generator
be convenient.
The signal generator consists of a generator for sinu-
A device which allows continuous motion of the probe
soidal oscillations, a power amplifier and, possibly, a
microphone at a constant speed is useful for the
frequency counter.
checks described in annex B.
The precision of frequency tuning and reading shall be
better than 2 %. This is also the tolerance for uncon-
6.5 Signal-pr
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10534-I
Première édition
1996-12-15
Acoustique - Détermination du facteur
d’absorption acoustique et de l’impédance
acoustique à l’aide du tube d’impédance -
Partie 1:
Méthode du taux d’ondes stationnaires
Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and
impedance in impedance tubes -
Part 7: Method using standing wave ratio
Numéro de référence
ISO 10534-1:1996(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
I§O 10534-1:1996(F)
Page
Sommaire
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Références normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Principe . 3
5 Principes fondamentaux . 3
6 Appareillage d’essai . 5
7 Essais et mesures préliminaires . 9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
8 Montage de l’éprouvette
9 Méthodes d’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
.............
10 Transformée du facteur de réflexion et de l’impédance 12
il Rapport d’essai . 12
Annexes
A Mesures préliminaires . 14
B Contrôle de l’appareillage d’essai . 17
C Terminaison par décompression de l’éprouvette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
D Détermination du facteur d’absorption acoustique diffus a,,
21
des absorbants du type 4 réaction locale)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1996
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
II
---------------------- Page: 2 ----------------------
@ ISO ISO 10534=1:1996(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 10534-I a été élaborée par le comité techni-
que ISOnC 43, Acoustique, sous-comité SC 2, Acoustique des bâtiments.
L’ISO 10534 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Acoustique - Détermination du facteur d’absorption acoustique et
de l’impédance acoustique à l’aide du tube d’impédance:
- Partie 1: Méthode du taux d’ondes stationnaires
- Partie 2: Méthode utilisant deux microphones
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la présente partie de
I’ISO 10534. L’annexe D est donnée uniquement à titre d’information.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE @ ISO
ISO 10534=1:1996(F)
Acoustique - Détermination du facteur d’absorption acoustique et
de l’impédance acoustique à l’aide du tube d’impédance -
Partie 1:
Méthode du taux d’ondes stationnaires
L’évaluation du facteur d’absorption acoustique en
1 Domaine d’application
salle réverbérante est basée sur un certain nombre de
suppositions de simplification et d’approximation rela-
1.1 La présente partie de NS0 10534 prescrit une
tives au champ acoustique et à la taille de l’absorbant
méthode de détermination du facteur d’absorption
Ainsi, on obtient parfois des facteurs d’absorption
acoustique, du facteur de réflexion et de l’impédance
acoustique excédant la valeur 1.
en surface ou de l’admittance en surface des maté-
riaux et des objets. Les valeurs sont déterminées
La méthode du tube d’impédance nécessite des
sous incidence acoustique normale par l’évaluation du
échantillons de l’objet en essai d’une taille équivalente
champ d’ondes stationnaires d’une onde plane dans
à l’aire de la section droite du tube d’impédance. La
un tube, produite par la superposition d’une onde
méthode du tube d’impédance requiert des objets en
plane sinuso’l’dale incidente et de l’onde plane réfléchie
essai relativement importants. Elle peut également
par l’objet en essai.
être appliquée à des objets dont les structures dans le
sens latéral et/ou normal sont bien définies. La me-
La présente méthode peut être utilisée pour la dé-
sure de tels objets dans le tube d’impédance doit être
termination du facteur d’absorption acoustique des
interprétée avec précaution (voir 9.1).
absorbants acoustiques sous incidence acoustique
normale. Elle peut, de plus, être utilisée pour détermi-
Pour toute application des calculs des résultats d’es-
ner l’impédance acoustique en surface ou I’admit-
sai obtenus par la méthode du tube d’impédance
tance en surface des matériaux acoustiques
(sous incidence normale) au cas des incidences
absorbants. Elle convient parfaitement aux études des
acoustiques en champ diffuses, se reporter à I’an-
paramètres et à la conception des absorbants acous-
nexe D.
tiques puisqu’elle ne demande qu’une petite quantité
d’échantillons de matériau absorbant.
1.3 La présente partie de I’ISO 10534 donne la pré-
férence aux méthodes numériques d’évaluation plutôt
1.2 Comparée à la méthode de mesurage de I’ab-
qu’aux méthodes graphiques, car on peut supposer
sorption acoustique
en salle réverbérante (voir
que les ordinateurs pouvant effectuer ces calculs exis-
ISO 354), la présente méthode montre quelques diffé-
tent. Dans les formules, certaines grandeurs sont
rences caractéristiques.
complexes. Les arguments des fonctions trigonomé-
La méthode du tube d’impédance peut être utilisée triques sont exprimés en radians.
pour la détermination du facteur de réflexion ainsi que
de l’impédance ou de l’admittance. Le bruit incident
est normal à la surface de l’objet. La méthode en salle
2 Références normatives
réverbérante déterminera (dans des conditions idéa-
les) le facteur d’absorption acoustique sous incidence
Les normes suivantes contiennent des dispositions
aléatoire.
qui, par suite de la référence qui en est faite, consti-
La méthode du tube d’impédance est fondée sur
tuent des dispositions valables pour la présente partie
l’existence d’une onde acoustique incidente plane et
de I’ISO 10534. Au moment de la publication, les édi-
donne des valeurs exactes dans ces conditions (les
tions indiquées étaient en vigueur. Toute norme est
erreurs de mesure et de montage étant exclues).
sujette à révision et les parties prenantes des accords
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 10534=1:1996(F) @ ISO
.
fondés sur la présente partie de I’ISO 10534 sont invi- 3.9 impédance caractéristique, ZO: Impédance de
tées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions champ (dans le sens de la propagation) d’une onde
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les plane unique:
membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre
20 = Poco
des Normes internationales en vigueur à un moment
donné.
où
ISO 266:- 1 1, Acoustique - Fréquences normales.
est la masse volumique du milieu (air);
PO
ISO 354:1985, Acoustique - Mesurage de I’absorp-
est la vitesse du son dans ce milieu.
cO
tion acous tique en salle réverbéran te.
3.10 impédance normalisée, Z: Rapport de I’impé-
dance 2 à l’impédance caractéristique Zo:
3 Définitions
2 = z/z,
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 10534,
3.1’1 admittance normalisée, g: Produit de I’admit-
les définitions suivantes s’appliquent.
tance G par l’impédance caractéristique Zo:
g = ZoG
3.1 facteur d’absorption acoustique, a: Rapport de
la puissance acoustique absorbée par la surface de
l’objet en essai (sans retour) à la puissance acoustique
3.12 taux d’ondes stationnaires, S: Rapport du ni-
incidente, pour une onde plane incidente normale.
veau de pression acoustique à un maximum de pres-
à celui relevé au minimum de pression
sion, Ipma)( I /
3.2 facteur de réflexion de pression acoustique
si nécessaire, après correction, pour
adjacent, Ipmin 1 (
sous incidence normale, r: Rapport complexe de
l’amplitude de la pression acoustique de l’onde réflé-
des valeurs variant aux minima en raison de I’atténua-
chie à celle de l’onde incidente dans le plan de réfé-
tion acoustique dans le tube d’impédance):
rence, pour une onde plane incidente normale.
S= IP~~jJhminI
3.3 plan de référence: Section droite du tube d’im-
pédance pour laquelle le facteur de réflexion r, I’impé-
3.13 taux d’ondes stationnaires avec atténuation,
dance 2 ou l’admittance G sont déterminés et qui est
s,: Rapport du taux d’ondes stationnaires du nième
normalement la surface des objets plats en essai. II
maximum à celui du nième minimum.
est supposé être à x = 0.
3.14 nombre d’onde de champ libre, ko:
3.4 impédance de champ, Z(X): Rapport de la pres-
sion acoustique p(x) à la vitesse des particules V(X) Nombre défini par
(dirigée vers l’intérieur de l’objet en essai) en un point
k. = dco = 27cyYco
x du champ acoustique.
où
3.5 impédance dans le plan de référence, Zr: Rap-
port de la pression acoustique p à la vitesse des parti- 0 est la pulsation;
cules acoustiques v dans le plan de référence:
est la fréquence;
f
2, = p/v
est la vitesse du son.
cO
3.6 impédance de surface, 2: Rapport complexe de En général le nombre d’onde est complexe, aussi
la pression acoustique p(O) à la composante normale
= k,' - jk,"
de la vitesse v(O) du son dans le plan de référence. k0
où
3.7 admittance de surface, G: Rapport complexe
de la composante normale de la vitesse v(0) du son à
k,’ est la composante réelle (ko’ = h/&);
la pression acoustiquep(0) dans le plan de référence.
k,” est la composante imaginaire, qui est la
constante d’affaiblissement linéique, en né-
3.8 admittance de surface, G,: Composante de
pers par mètre.
l’admittance norm ale à la surface de l’objet en essai.
1) À publier. (Révision de NS0 266:1975)
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
@ ISO ISO 10534-1:1996(F)
étanche (voir figure 1). L’onde acoustique sinusoïdale
3.15 phase du facteur de réflexion, @: Résultat de
incidente pi est produite par un haut-parleur placé à
la représentation du facteur de réflexion complexe par
p = pi + pr
son module et son angle de C Gphasage: l’autre extrémité du tube. La superposition
de l’onde incidente pi et de l’onde réfléchie par l’objet
rp + Jr” = lri - ej@ = Ir
r= (Cos @ -b jsin @) en essai, pr, produit un système d’ondes stationnaires
dans le tube. L’évaluation s’appuie sur les grandeurs
mesurées (selon une échelle linéaire ou logarithmique)
Irl = @TT
des niveaux de pression acoustique Ip(xmi”) 1 à des
minimums de pression (un ou plusieurs), et Ip(xm,,) (
à des maximums de pression. Ces données sont suf-
0 = arctanc
rf fisantes pour déterminer le facteur d’absorption
acoustique. En outre, la distance xmi” 1 du premier
y’ =
minimum de pression acoustique par rapport au plan
r COSCD
I I
de référence situé à x = 0 (qui est généralement le
ff
plan contenant la surface de l’objet en essai) et la lon-
r = r sin @
I I
gueur d’onde ;lo doivent être déterminées pour le fac-
teur de réflexion r et l’impédance 2 ou l’admittance
3.16 domaine utile en fréquence, f: Intervalle dans
G = IIZ.
lequel les mesures peuvent être effectuées selon une
impédance de tube donnée:
Ji
5 Principes fondamentaux
sont, respectivem ent, les fréquences limites
oùfi etf,
inférieure et su périeure.
5.1 Conditions générales
La méthode de la présente partie de I’ISO 10534 re-
3.17 section d’essai: Section du tube d’impédance
pose principalement sur le fait que seules existent les
qui ne comporte pas de modes supérieurs et dans
ondes incidentes et réfléchies planes se propageant
laquelle les ondes stationnaires peuvent être explo-
parallèlement à l’axe du tube dans la section d’essai
rées.
de celui-ci (c’est-à-dire la section dans laquelle le sys-
tème d’ondes stationnaires est exploré). La production
3.18 section d’installation: Section du tube d’im-
des autres formes d’ondes (modes supérieurs) doit
pédance dans laquelle l’objet en essai est installé.
être évitée (voir annexe B). II est de plus supposé que
les ondes acoustiques se propagent dans le tube sans
atténuation. Des corrections peuvent être appliquées
4 Principe
pour des atténuations résiduelles causées par le frot-
tement et les pertes thermiques sur les parois du
tube. Des méthodes permettant de déterminer ces
L’objet en essai est monté sur l’une des extrémités
d’un tube d’impédance rectiligne, rigide, lisse et corrections sont données en annexe A.
NOTE - Le premie r maximum de pression à mesurer doit être choisi normalement entre les deux premiers minimums
tels qu’in diqu é.
Figure 1 - Système d’ondes stationnaires dans le tube de mesure
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 10534-1:1996(F) @ ISO
où 1 . . . 1 indique le module d’une grandeur complexe.
5.2 Formules
Les équations (7) à (9) expriment les corrélations entre
NOTE 1 La constante de temps ejwt est omise dans les
les grandeurs déterminées selon cette norme. Si le
formules suivantes.
plan de référence coïncide avec la surface d’un objet
en essai plat, ces grandeurs sont, respectivement,
L’onde acoustique incidente pi est supposée plane,
harmonique de fréquence f et de pulsation o = 31. l’impédance en surface, le facteur de réflexion (sous
incidence acoustique normale) et le facteur d’absorp-
sans atténuation (pour la correction relative à I’atté-
nuation, voir l’annexe A) et se propageant le long de tion (sous incidence acoustique normale) de l’objet en
essai. Si le plan de référence est devant l’objet en es-
l’axe du tube d’impédance (dans le sens des x néga-
sai (X > 0), le facteur d’absorption demeure inchangé.
tifs):
Le facteur de réflexion Y et l’impédance Z deviennent
des grandeurs portant la mention ((transformées pour
’ pi(X) = poejkox . . .
(1)
une distance de.», c’est-à-dire la distance entre le
plan de référence et la surface de l’objet. Ce concept
0
%f
=- =-
. . .
(2)
k0
est souvent utilisé pour des objets d’essai structurés
co co
(voir 9.1 et article 10).
où l’amplitude p. est arbitraire.
5.4 Onde stationnaire
L’onde réfléchie par l’objet en essai ayant un facteur
de réflexion r s’écrit donc:
Un maximum de pression d’une onde stationnaire est
situé en un point où pi et pr sont en phase, soit:
- jkox
. .
P,(x) = r ’ Po *e
. . .
(10)
IPmaxI = IPol*(l+ Id)
Les vitesses des particules des ondes (mesurées po-
sitivement dans le sens des x négatifs, voir figure 1)
sont respectivement égales à:
Un minimum de pression est situé en un point d’op-
position de phase, soit:
1
. . .
=z PiCx> (4)
vi
n
. . .
1
. . .
v, (-4 =---Pr(x) (5)
En utilisant le taux d’ondes stationnaires
20
L’impédance du champ (dans le sens des x négatifs)
. . .
(12)
de l’onde stationnaire est:
PiCx) + P,Cx> = z PiCx> + P,Cx)
Z(x) =
(6)
y(x) + vr(x) O PiCx)- PrCx)
’ ’ a
r
I+l I
=-
S . . .
(13)
-r
l II
5.3 Corrélations
s-l
=-
r . . .
(14)
Dans le plan de référence x = 0, on a donc
I I
s+l
l+r
z=z(o)=zo 1 . . .
(7)
-
55 . Facteur d’absorption acoustique
II en résulte
Le facteur d’absorption acoustique découle donc des
équations (9), (12) et (14) où les amplitudes 1 pmax 1 et
(Z/Zo)- 1
Ipmin 1 sont mesurées a une fréquence donnée.
. . .
(8)
r= (ZIZ())+I
Si la pression acoustique dans le tube d’impédance
Le facteur d’absorption acoustique a des ondes pla- est mesurée sur une échelle logarithmique (en déci-
nes est
bels) et si AL est la différence, exprimée en décibels,
entre les niveaux de pression acoustique maximal et
2
minimal, on a:
a= -r . . .
(9)
l II
s = 1 ow20
. . .
(15)
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 ISO ISO 10534=1:1996(F)
On en déduit ainsi le facteur d’absorption acoustique 5.8 Longueur d’onde
par la relation:
La longueur d’onde ao a la fréquence f du signal
acoustique est déterminée d’après l’équation:
. . . (27)
a, = co/f
où c. est la vitesse du son (pour la détermination de c.
5.6 Facteur de réflexion
voir l’annexe A). Cette longueur d’onde est également
définie par la distance entre deux minimums de pres-
L’angle de déphasage (I> du facteur de réflexion com-
sion de l’onde stationnaire (avec une terminaison
plexe
rigide du tube d’impédance) désignés respectivement
par ut et m, [voir équation (19)]:
r .ej@
. . .
r= (17)
I I
2
. . .
(28)
a 0 = G Xmin,n - Xmin,m
( )
un min imum de
découle de la condition de phase pour
pression dans l’onde statio nnarre, soit:
. . .
@+(2n- I)n = 2koxmi” n (18)
I
6 Appareillage d’essai
pour le nième minimum (n = 1, 2, . .) devant le plan de
L’appareillage d’essai est constitué d’un tube d’impé-
référence (vers la source sonore).
dance, d’un porte-éprouvette, d’une sonde micropho-
nique, d’un dispositif permettant de la déplacer et de
D’où:
la positionner, d’une unité de traitement des signaux
pour les signaux du microphone, d’un haut-parleur,
4x .
d’un générateur de signaux sinusoi’daux, éventuelle-
min,n_2n*l
@=71 > 0 0
(19)
ment d’une terminaison absorbante du tube d’impé-
a0 1
l
dance et d’un thermomètre.
et pour le premier minimum (n = 1):
L’appareillage d’essai doit être contrôlé avant d’être
utilisé pour une série d’essais. Ceci permet d’éliminer
4x
min,1
des sources d’erreur et de satisfaire aux exigences
O=n --
. . .
1 (20)
minimales. Le mode opératoire de ces essais est
a0
t 1
donné en annexe B.
Le facteur de réflexion complexe s’écrit alors:
6.1 Tube d’impédance
. . .
r= r’+ jr” (21)
6.1.1 Construction
y’ =
r XOSQZ . . . (22)
I I
Le tube d’impédance doit être rectiligne, de section
11
droite constante (à 0,2 % près) et avec des parois rigi-
r = r - sin@ . . . (23
I I
des, lisses et non poreuses, sans trous ni fissures
dans la section d’essai. Les parois doivent être suffi-
samment lourdes et massives (de préférence métalli-
5.7 Impédance
ques ou, pour les tubes à section plus élevée, en
béton étanche et lisse), pour ne pas être mises en vi-
On obtient d’après l’équation (5) l’impédance normali- bration par les signaux acoustiques et ne pas présen-
sée z = Z.Zo: ter de résonances vibratoires dans le domaine utile en
fréquence du tube. Dans le cas de parois métalliques,
on recommande une épaisseur d’environ 5 % ou
z=z'+ jz" . . .
(24)
10 % de la dimension latérale pour des tubes respec-
tivement de section circulaire et rectangulaire. Les pa-
l- r’2 - yrI2
rois des tubes en béton doivent être colmatées au
. . .
(25)
” = (1 _ r’)2 + r”2
moyen d’une garniture de finition lisse, étanche et
parfaitement adhésive. Cette disposition est identique
r/ pour des parois de tube en bois. II convient de renfor-
2r
ff -
. . . cer ces parois et de les amortir au moyen d’un revê-
2 - (26)
(1 - Q2 + F2
tement extérieur en feuilles d’acier ou de plomb.
---------------------- Page: 9 ----------------------
0 ISO
ISO 10534=1:1996(F)
.
La forme de la section droite du tube est en principe
f,.d s 200 . . .
(33)
arbitraire. On recommande cependant des sections
circulaires ou rectangulaires (et, dans ce cas, carrées
pour des tubes de section circulaire de diamètre inté-
de préférence).
rieur d, exprimé en mètres.
Lorsque les tubes de section rectangulaire sont cons-
titués de plaques, il faut veiller à ce que les angles ne
6.2 Porte-éprouvette
présentent aucune faille, par exemple en les colma-
tant au moyen d’adhésifs ou de garniture de finition. Le porte-éprouvette fait soit partie intégrante du tube,
soit lui est adjoint une unité séparée et alors il doit as-
sumer pendant les mesures une fermeture herméti-
6.1.2 Domaine utile en fréquence que du tube. (La figure 2 représente deux dispositions
possibles.)
Le domaine utile en fréquence (fi cf
La longueur du porte-éprouvette doit être suffisam-
d’impédance est déterminé par sa longueur et sa sec-
ment grande pour installer des objets en essai tout en
tion droite. Afin de pouvoir explorer deux minimums
réservant derrière eux un volume d’air de la grandeur
de pression même pour des phases de réflexion défa-
prescrite.
vorables, la longueur de la section d’essai du tube doit
3 3a,/4 a la fréquence limite inférieureA.
être 1
Si le porte-éprouvette est de type séparé, sa forme
intérieure et ses dimensions doivent s’adapter à celles
Le haut-parleur produit généralement des ondes de
du tube d’impédance à 0,2 % près. Le montage du
mode supérieur à l’onde plane. Celles-ci s’éliminent
tube doit être hermétique, sans insertion de joints
sur une distance correspondant à environ trois diamè-
élastiques (on conseille de la vaseline pour assurer
tres de tube ou trois fois la dimension latérale maxi-
l’étanchéité).
male des tubes de section rectangulaire en dessous
de la fréquence de coupure inférieure du premier
II est recommandé d’insérer le porte-éprouvette dans
mode supérieur. Les objets en essai dont les qualités
le tube d’impédance et de rendre la section d’utilisa-
acoustiques varient latéralement (par exemple: Les
tion du tube accessible au montage de l’objet en essai
résonateurs) produiront des apports de mode supé-
au moyen d’un couvercle amovible. Les surfaces de
rieur à l’onde réfléchie.
contact de ce couvercle avec le tube doivent être soi-
gneusement polies et l’utilisation d’un matériau
La section d’essai du tube d’impédance doit éviter les
d’étanchéité (vaseline) est conseillée pour éviter les
deux gammes de modes supérieurs éventuels. Ainsi,
petites fuites. Si l’on utilise un tube de section rectan-
la longueur du tube Z entre la face avant de l’objet en
gulaire, il est recommandé d’installer l’objet en essai à
essai et le haut-parleur est liée à la fréquence limite
l’intérieur du tube par le côté (au lieu de l’insérer axia-
inférieure fi du domaine utile en fréquence par la rela-
lement à l’intérieur du tube). II est ainsi possible de
tion suivante:
contrôler le montage et la position de l’objet en essai
dans le tube, de vérifier la position et la planéité de la
k 2 25O!f+ 3d . . .
(29)
surface frontale, puis de repositionner le plan de réfé-
rence avec précision par rapport à cette surface. Une
où
introduction par le côté permet également d’éviter la
compression des matériaux tendres.
est la longueur, en mètres;
est la fréquence, en hertz;
f La plaque arrière du porte-éprouvette doit être rigide
et fixée de manière hermétique au tube car elle sert
est le diamètre intérieur (ou la longueur laté-
d
d’extrémité rigide pour de nombreuses mesures. On
rale maximale), en mètres.
conseille une plaque métallique d’épaisseur au moins
égale à 2 cm.
La fréquence limite supérieure d’utilisation du tube, fu,
est donnée par l’arrivée possible d’une propagation de
Pour certains essais, on réalise une extrémité par dé-
modes supérieurs. La condition pourf, est:
pression de l’objet en essai en interposant un volume
d’air entre la plaque arrière et cet objet de largeur
d s o,5ao . . . (30)
égale à ito/4. Des bouchons mobiles dans le porte-
éprouvette servent quelquefois d’extrémité rigide,
f”-d s 170
. . .
(31)
permettant ainsi une largeur variable du volume d’air.
II convient toutefois de les utiliser avec beaucoup de
pour des tubes de section rectangulaire où fu est ex-
précaution, car des fuites aussi minimes soient-elles
primé en hertz et la longueur latérale maximale, d en
entre le bouchon et la paroi du porte-éprouvette peu-
mètres; et
vent entraîner des résultats erronés (se reporter à
l’annexe C pour les corrections à apporter aux largeurs
d s 0,58Ao autres que ao/4).
. . . (32)
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ISO 10534=1:1996(F)
t b
a) Avec couvercle amovfble
t b
-
b) Type séparé
Figure 2 - Porte-éprouvette
nomène de diaphonie du champ acoustique dans la
6.3 Microphone
sonde à travers les parois. Le diamètre d’alésage de la
sonde devrait être en rapport avec sa longueur: une
Un microphone mobile enregistre le système d’ondes
sonde de faible diamètre peut avoir une atténuation
stationnaires dans le tube d’impédance pour la locali-
interne trop élevée (pour son contrôle, se reporter en
sation des minimums de pression et pour la détermi-
annexe B). Dans un tube d’impédance horizontal, une
nation des amplitudes (ou niveaux) de pression
sonde montée au centre doit être maintenue pour évi-
acoustique dans les minimums et les maximums des
ter sa flexion, ce qui risquerait de créer des modes
ondes stationnaires.
acoustiques supérieurs. Les supports doivent être suf-
fisamment éloignés de l’ouverture de la prise de son.
Le microphone peut être déplacé soit de l’extérieur du
tube d’impédance - il est monté dans ce cas sur une
Dans un tube d’impédance vertical dont la section
sonde introduite par une ouverture pratiquée dans le
d’utilisation est située à l’extrémité inférieure, le mi-
tube d’impédance - soit placé directement dans le
crophone ou la sonde microphonique peut être sus-
tube d’impédance (et mobile). L’obstruction de la sec-
pendu librement dans le tube d’impédance.
tion droite du tube d’impédance par le microphone
et/ou la sonde et/ou d’autres dispositifs ne doit pas
Pour les tubes d’impédance de section rectangulaire,
représenter plus de 5 % de l’aire de la section droite
on peut faire pivoter le tube sur son axe d’environ 45”
en tout point de la section d’essai.
(voir figure 3) et on peut placer la sonde dans l’angle
inférieur: on évite ainsi tout support. L’autre avantage
6.3.1 Sonde microphonique de cet agencement est que les vibrations solidiennes
du tube d’impédance sont les plus faibles à cet en-
La sonde microphonique doit être en métal d’une droit (voir annexe B pour le contrôle de la diaphonie
épaisseur de paroi suffisante pour empêcher le phé- solidienne). En principe, l’ouverture de prise de son
7
---------------------- Page: 11 ----------------------
0 ISO
ISO 10534=1:1996(F)
.
peut être aussi située dans l’angle. Pour effectuer un tique devrait permettre une mesure avec une exacti-
tude de + 0,5 mm. Cette tolérance peut augmenter de
enregistrement de la pression acoustique sur ou à
manière linéaire pour des fréquences inférieures à
proximité de l’axe du tube d’impédance, il est possible
300 Hz jusqu’à 50 Hz pour atteindre une exactitude
de réaliser une terminaison en forme de coude avec
maximale de rt 2 mm. La position du microphone doit
l’ouverture de la prise de son.
être indépendante du sens de déplacement de celui-ci
Eviter les contacts physiques entre la sonde et le tube (aucun retour en arrière).
d’impédance risquant de transmettre des vibrations à
la sonde, notamment à l’entrée de la sonde dans le Une règle graduée mobile permettant le réglage du
tube d’impédance. A cet endroit, il est recommandé
zéro lorsque le centre acoustique du microphone est
de placer un support de sonde en mousse souple. dans le plan de référence peut convenir.
Un dispositif de déplacement continu, à vitesse cons-
6.3.2 Microphone dans le tube d’impédance
tante, de la sonde est utile pour les contrôles décrits
en annexe B.
Pour obtenir une fixation efficace du microphone et de
ses supports, voir 6.3. L’émission solidienne du mi-
crophone doit être évitée en raison de la difficulté de
6.5 Appareillage d’analyse des signaux
contrôler ces excitations dérivées.
L’appareillage d’analyse des signaux est constitué
6.3.3 Centre acoustique de
d’un amplificateur, d’un filtre, d’un appareil de mesure
la sonde microphonique
de la pression acoustique ou du niveau de pression
acoustique (par rapport à une pression de référence
La position du centre acoustique réel du microphone
arbitrairement fixée) et, de préférence, d’un enregis-
ou de la sonde peut être différente de celle des cen-
treur en continu du système d’ondes stationnaires.
tres géométriques. Pour la détermination du centre
acoustique, se reporter à l’annexe A.
II doit permettre d’effectuer des mesures sur une dy-
namique supérieure à 60 dB. Les erreurs de lecture
6.4 Dispositif de déplacement et de mesure
ainsi que celles inhérentes à la non-linéarité, à I’insta-
de la position du microphone
bilité et à la
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10534-I
Première édition
1996-12-15
Acoustique - Détermination du facteur
d’absorption acoustique et de l’impédance
acoustique à l’aide du tube d’impédance -
Partie 1:
Méthode du taux d’ondes stationnaires
Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and
impedance in impedance tubes -
Part 7: Method using standing wave ratio
Numéro de référence
ISO 10534-1:1996(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
I§O 10534-1:1996(F)
Page
Sommaire
1 Domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Références normatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
4 Principe . 3
5 Principes fondamentaux . 3
6 Appareillage d’essai . 5
7 Essais et mesures préliminaires . 9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
8 Montage de l’éprouvette
9 Méthodes d’essai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
.............
10 Transformée du facteur de réflexion et de l’impédance 12
il Rapport d’essai . 12
Annexes
A Mesures préliminaires . 14
B Contrôle de l’appareillage d’essai . 17
C Terminaison par décompression de l’éprouvette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
D Détermination du facteur d’absorption acoustique diffus a,,
21
des absorbants du type 4 réaction locale)) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
0 ISO 1996
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-1 211 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
II
---------------------- Page: 2 ----------------------
@ ISO ISO 10534=1:1996(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de I’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 gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 10534-I a été élaborée par le comité techni-
que ISOnC 43, Acoustique, sous-comité SC 2, Acoustique des bâtiments.
L’ISO 10534 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre gé-
néral Acoustique - Détermination du facteur d’absorption acoustique et
de l’impédance acoustique à l’aide du tube d’impédance:
- Partie 1: Méthode du taux d’ondes stationnaires
- Partie 2: Méthode utilisant deux microphones
Les annexes A, B et C font partie intégrante de la présente partie de
I’ISO 10534. L’annexe D est donnée uniquement à titre d’information.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE @ ISO
ISO 10534=1:1996(F)
Acoustique - Détermination du facteur d’absorption acoustique et
de l’impédance acoustique à l’aide du tube d’impédance -
Partie 1:
Méthode du taux d’ondes stationnaires
L’évaluation du facteur d’absorption acoustique en
1 Domaine d’application
salle réverbérante est basée sur un certain nombre de
suppositions de simplification et d’approximation rela-
1.1 La présente partie de NS0 10534 prescrit une
tives au champ acoustique et à la taille de l’absorbant
méthode de détermination du facteur d’absorption
Ainsi, on obtient parfois des facteurs d’absorption
acoustique, du facteur de réflexion et de l’impédance
acoustique excédant la valeur 1.
en surface ou de l’admittance en surface des maté-
riaux et des objets. Les valeurs sont déterminées
La méthode du tube d’impédance nécessite des
sous incidence acoustique normale par l’évaluation du
échantillons de l’objet en essai d’une taille équivalente
champ d’ondes stationnaires d’une onde plane dans
à l’aire de la section droite du tube d’impédance. La
un tube, produite par la superposition d’une onde
méthode du tube d’impédance requiert des objets en
plane sinuso’l’dale incidente et de l’onde plane réfléchie
essai relativement importants. Elle peut également
par l’objet en essai.
être appliquée à des objets dont les structures dans le
sens latéral et/ou normal sont bien définies. La me-
La présente méthode peut être utilisée pour la dé-
sure de tels objets dans le tube d’impédance doit être
termination du facteur d’absorption acoustique des
interprétée avec précaution (voir 9.1).
absorbants acoustiques sous incidence acoustique
normale. Elle peut, de plus, être utilisée pour détermi-
Pour toute application des calculs des résultats d’es-
ner l’impédance acoustique en surface ou I’admit-
sai obtenus par la méthode du tube d’impédance
tance en surface des matériaux acoustiques
(sous incidence normale) au cas des incidences
absorbants. Elle convient parfaitement aux études des
acoustiques en champ diffuses, se reporter à I’an-
paramètres et à la conception des absorbants acous-
nexe D.
tiques puisqu’elle ne demande qu’une petite quantité
d’échantillons de matériau absorbant.
1.3 La présente partie de I’ISO 10534 donne la pré-
férence aux méthodes numériques d’évaluation plutôt
1.2 Comparée à la méthode de mesurage de I’ab-
qu’aux méthodes graphiques, car on peut supposer
sorption acoustique
en salle réverbérante (voir
que les ordinateurs pouvant effectuer ces calculs exis-
ISO 354), la présente méthode montre quelques diffé-
tent. Dans les formules, certaines grandeurs sont
rences caractéristiques.
complexes. Les arguments des fonctions trigonomé-
La méthode du tube d’impédance peut être utilisée triques sont exprimés en radians.
pour la détermination du facteur de réflexion ainsi que
de l’impédance ou de l’admittance. Le bruit incident
est normal à la surface de l’objet. La méthode en salle
2 Références normatives
réverbérante déterminera (dans des conditions idéa-
les) le facteur d’absorption acoustique sous incidence
Les normes suivantes contiennent des dispositions
aléatoire.
qui, par suite de la référence qui en est faite, consti-
La méthode du tube d’impédance est fondée sur
tuent des dispositions valables pour la présente partie
l’existence d’une onde acoustique incidente plane et
de I’ISO 10534. Au moment de la publication, les édi-
donne des valeurs exactes dans ces conditions (les
tions indiquées étaient en vigueur. Toute norme est
erreurs de mesure et de montage étant exclues).
sujette à révision et les parties prenantes des accords
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 10534=1:1996(F) @ ISO
.
fondés sur la présente partie de I’ISO 10534 sont invi- 3.9 impédance caractéristique, ZO: Impédance de
tées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions champ (dans le sens de la propagation) d’une onde
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les plane unique:
membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre
20 = Poco
des Normes internationales en vigueur à un moment
donné.
où
ISO 266:- 1 1, Acoustique - Fréquences normales.
est la masse volumique du milieu (air);
PO
ISO 354:1985, Acoustique - Mesurage de I’absorp-
est la vitesse du son dans ce milieu.
cO
tion acous tique en salle réverbéran te.
3.10 impédance normalisée, Z: Rapport de I’impé-
dance 2 à l’impédance caractéristique Zo:
3 Définitions
2 = z/z,
Pour les besoins de la présente partie de I’ISO 10534,
3.1’1 admittance normalisée, g: Produit de I’admit-
les définitions suivantes s’appliquent.
tance G par l’impédance caractéristique Zo:
g = ZoG
3.1 facteur d’absorption acoustique, a: Rapport de
la puissance acoustique absorbée par la surface de
l’objet en essai (sans retour) à la puissance acoustique
3.12 taux d’ondes stationnaires, S: Rapport du ni-
incidente, pour une onde plane incidente normale.
veau de pression acoustique à un maximum de pres-
à celui relevé au minimum de pression
sion, Ipma)( I /
3.2 facteur de réflexion de pression acoustique
si nécessaire, après correction, pour
adjacent, Ipmin 1 (
sous incidence normale, r: Rapport complexe de
l’amplitude de la pression acoustique de l’onde réflé-
des valeurs variant aux minima en raison de I’atténua-
chie à celle de l’onde incidente dans le plan de réfé-
tion acoustique dans le tube d’impédance):
rence, pour une onde plane incidente normale.
S= IP~~jJhminI
3.3 plan de référence: Section droite du tube d’im-
pédance pour laquelle le facteur de réflexion r, I’impé-
3.13 taux d’ondes stationnaires avec atténuation,
dance 2 ou l’admittance G sont déterminés et qui est
s,: Rapport du taux d’ondes stationnaires du nième
normalement la surface des objets plats en essai. II
maximum à celui du nième minimum.
est supposé être à x = 0.
3.14 nombre d’onde de champ libre, ko:
3.4 impédance de champ, Z(X): Rapport de la pres-
sion acoustique p(x) à la vitesse des particules V(X) Nombre défini par
(dirigée vers l’intérieur de l’objet en essai) en un point
k. = dco = 27cyYco
x du champ acoustique.
où
3.5 impédance dans le plan de référence, Zr: Rap-
port de la pression acoustique p à la vitesse des parti- 0 est la pulsation;
cules acoustiques v dans le plan de référence:
est la fréquence;
f
2, = p/v
est la vitesse du son.
cO
3.6 impédance de surface, 2: Rapport complexe de En général le nombre d’onde est complexe, aussi
la pression acoustique p(O) à la composante normale
= k,' - jk,"
de la vitesse v(O) du son dans le plan de référence. k0
où
3.7 admittance de surface, G: Rapport complexe
de la composante normale de la vitesse v(0) du son à
k,’ est la composante réelle (ko’ = h/&);
la pression acoustiquep(0) dans le plan de référence.
k,” est la composante imaginaire, qui est la
constante d’affaiblissement linéique, en né-
3.8 admittance de surface, G,: Composante de
pers par mètre.
l’admittance norm ale à la surface de l’objet en essai.
1) À publier. (Révision de NS0 266:1975)
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
@ ISO ISO 10534-1:1996(F)
étanche (voir figure 1). L’onde acoustique sinusoïdale
3.15 phase du facteur de réflexion, @: Résultat de
incidente pi est produite par un haut-parleur placé à
la représentation du facteur de réflexion complexe par
p = pi + pr
son module et son angle de C Gphasage: l’autre extrémité du tube. La superposition
de l’onde incidente pi et de l’onde réfléchie par l’objet
rp + Jr” = lri - ej@ = Ir
r= (Cos @ -b jsin @) en essai, pr, produit un système d’ondes stationnaires
dans le tube. L’évaluation s’appuie sur les grandeurs
mesurées (selon une échelle linéaire ou logarithmique)
Irl = @TT
des niveaux de pression acoustique Ip(xmi”) 1 à des
minimums de pression (un ou plusieurs), et Ip(xm,,) (
à des maximums de pression. Ces données sont suf-
0 = arctanc
rf fisantes pour déterminer le facteur d’absorption
acoustique. En outre, la distance xmi” 1 du premier
y’ =
minimum de pression acoustique par rapport au plan
r COSCD
I I
de référence situé à x = 0 (qui est généralement le
ff
plan contenant la surface de l’objet en essai) et la lon-
r = r sin @
I I
gueur d’onde ;lo doivent être déterminées pour le fac-
teur de réflexion r et l’impédance 2 ou l’admittance
3.16 domaine utile en fréquence, f: Intervalle dans
G = IIZ.
lequel les mesures peuvent être effectuées selon une
impédance de tube donnée:
Ji
5 Principes fondamentaux
sont, respectivem ent, les fréquences limites
oùfi etf,
inférieure et su périeure.
5.1 Conditions générales
La méthode de la présente partie de I’ISO 10534 re-
3.17 section d’essai: Section du tube d’impédance
pose principalement sur le fait que seules existent les
qui ne comporte pas de modes supérieurs et dans
ondes incidentes et réfléchies planes se propageant
laquelle les ondes stationnaires peuvent être explo-
parallèlement à l’axe du tube dans la section d’essai
rées.
de celui-ci (c’est-à-dire la section dans laquelle le sys-
tème d’ondes stationnaires est exploré). La production
3.18 section d’installation: Section du tube d’im-
des autres formes d’ondes (modes supérieurs) doit
pédance dans laquelle l’objet en essai est installé.
être évitée (voir annexe B). II est de plus supposé que
les ondes acoustiques se propagent dans le tube sans
atténuation. Des corrections peuvent être appliquées
4 Principe
pour des atténuations résiduelles causées par le frot-
tement et les pertes thermiques sur les parois du
tube. Des méthodes permettant de déterminer ces
L’objet en essai est monté sur l’une des extrémités
d’un tube d’impédance rectiligne, rigide, lisse et corrections sont données en annexe A.
NOTE - Le premie r maximum de pression à mesurer doit être choisi normalement entre les deux premiers minimums
tels qu’in diqu é.
Figure 1 - Système d’ondes stationnaires dans le tube de mesure
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 10534-1:1996(F) @ ISO
où 1 . . . 1 indique le module d’une grandeur complexe.
5.2 Formules
Les équations (7) à (9) expriment les corrélations entre
NOTE 1 La constante de temps ejwt est omise dans les
les grandeurs déterminées selon cette norme. Si le
formules suivantes.
plan de référence coïncide avec la surface d’un objet
en essai plat, ces grandeurs sont, respectivement,
L’onde acoustique incidente pi est supposée plane,
harmonique de fréquence f et de pulsation o = 31. l’impédance en surface, le facteur de réflexion (sous
incidence acoustique normale) et le facteur d’absorp-
sans atténuation (pour la correction relative à I’atté-
nuation, voir l’annexe A) et se propageant le long de tion (sous incidence acoustique normale) de l’objet en
essai. Si le plan de référence est devant l’objet en es-
l’axe du tube d’impédance (dans le sens des x néga-
sai (X > 0), le facteur d’absorption demeure inchangé.
tifs):
Le facteur de réflexion Y et l’impédance Z deviennent
des grandeurs portant la mention ((transformées pour
’ pi(X) = poejkox . . .
(1)
une distance de.», c’est-à-dire la distance entre le
plan de référence et la surface de l’objet. Ce concept
0
%f
=- =-
. . .
(2)
k0
est souvent utilisé pour des objets d’essai structurés
co co
(voir 9.1 et article 10).
où l’amplitude p. est arbitraire.
5.4 Onde stationnaire
L’onde réfléchie par l’objet en essai ayant un facteur
de réflexion r s’écrit donc:
Un maximum de pression d’une onde stationnaire est
situé en un point où pi et pr sont en phase, soit:
- jkox
. .
P,(x) = r ’ Po *e
. . .
(10)
IPmaxI = IPol*(l+ Id)
Les vitesses des particules des ondes (mesurées po-
sitivement dans le sens des x négatifs, voir figure 1)
sont respectivement égales à:
Un minimum de pression est situé en un point d’op-
position de phase, soit:
1
. . .
=z PiCx> (4)
vi
n
. . .
1
. . .
v, (-4 =---Pr(x) (5)
En utilisant le taux d’ondes stationnaires
20
L’impédance du champ (dans le sens des x négatifs)
. . .
(12)
de l’onde stationnaire est:
PiCx) + P,Cx> = z PiCx> + P,Cx)
Z(x) =
(6)
y(x) + vr(x) O PiCx)- PrCx)
’ ’ a
r
I+l I
=-
S . . .
(13)
-r
l II
5.3 Corrélations
s-l
=-
r . . .
(14)
Dans le plan de référence x = 0, on a donc
I I
s+l
l+r
z=z(o)=zo 1 . . .
(7)
-
55 . Facteur d’absorption acoustique
II en résulte
Le facteur d’absorption acoustique découle donc des
équations (9), (12) et (14) où les amplitudes 1 pmax 1 et
(Z/Zo)- 1
Ipmin 1 sont mesurées a une fréquence donnée.
. . .
(8)
r= (ZIZ())+I
Si la pression acoustique dans le tube d’impédance
Le facteur d’absorption acoustique a des ondes pla- est mesurée sur une échelle logarithmique (en déci-
nes est
bels) et si AL est la différence, exprimée en décibels,
entre les niveaux de pression acoustique maximal et
2
minimal, on a:
a= -r . . .
(9)
l II
s = 1 ow20
. . .
(15)
---------------------- Page: 8 ----------------------
0 ISO ISO 10534=1:1996(F)
On en déduit ainsi le facteur d’absorption acoustique 5.8 Longueur d’onde
par la relation:
La longueur d’onde ao a la fréquence f du signal
acoustique est déterminée d’après l’équation:
. . . (27)
a, = co/f
où c. est la vitesse du son (pour la détermination de c.
5.6 Facteur de réflexion
voir l’annexe A). Cette longueur d’onde est également
définie par la distance entre deux minimums de pres-
L’angle de déphasage (I> du facteur de réflexion com-
sion de l’onde stationnaire (avec une terminaison
plexe
rigide du tube d’impédance) désignés respectivement
par ut et m, [voir équation (19)]:
r .ej@
. . .
r= (17)
I I
2
. . .
(28)
a 0 = G Xmin,n - Xmin,m
( )
un min imum de
découle de la condition de phase pour
pression dans l’onde statio nnarre, soit:
. . .
@+(2n- I)n = 2koxmi” n (18)
I
6 Appareillage d’essai
pour le nième minimum (n = 1, 2, . .) devant le plan de
L’appareillage d’essai est constitué d’un tube d’impé-
référence (vers la source sonore).
dance, d’un porte-éprouvette, d’une sonde micropho-
nique, d’un dispositif permettant de la déplacer et de
D’où:
la positionner, d’une unité de traitement des signaux
pour les signaux du microphone, d’un haut-parleur,
4x .
d’un générateur de signaux sinusoi’daux, éventuelle-
min,n_2n*l
@=71 > 0 0
(19)
ment d’une terminaison absorbante du tube d’impé-
a0 1
l
dance et d’un thermomètre.
et pour le premier minimum (n = 1):
L’appareillage d’essai doit être contrôlé avant d’être
utilisé pour une série d’essais. Ceci permet d’éliminer
4x
min,1
des sources d’erreur et de satisfaire aux exigences
O=n --
. . .
1 (20)
minimales. Le mode opératoire de ces essais est
a0
t 1
donné en annexe B.
Le facteur de réflexion complexe s’écrit alors:
6.1 Tube d’impédance
. . .
r= r’+ jr” (21)
6.1.1 Construction
y’ =
r XOSQZ . . . (22)
I I
Le tube d’impédance doit être rectiligne, de section
11
droite constante (à 0,2 % près) et avec des parois rigi-
r = r - sin@ . . . (23
I I
des, lisses et non poreuses, sans trous ni fissures
dans la section d’essai. Les parois doivent être suffi-
samment lourdes et massives (de préférence métalli-
5.7 Impédance
ques ou, pour les tubes à section plus élevée, en
béton étanche et lisse), pour ne pas être mises en vi-
On obtient d’après l’équation (5) l’impédance normali- bration par les signaux acoustiques et ne pas présen-
sée z = Z.Zo: ter de résonances vibratoires dans le domaine utile en
fréquence du tube. Dans le cas de parois métalliques,
on recommande une épaisseur d’environ 5 % ou
z=z'+ jz" . . .
(24)
10 % de la dimension latérale pour des tubes respec-
tivement de section circulaire et rectangulaire. Les pa-
l- r’2 - yrI2
rois des tubes en béton doivent être colmatées au
. . .
(25)
” = (1 _ r’)2 + r”2
moyen d’une garniture de finition lisse, étanche et
parfaitement adhésive. Cette disposition est identique
r/ pour des parois de tube en bois. II convient de renfor-
2r
ff -
. . . cer ces parois et de les amortir au moyen d’un revê-
2 - (26)
(1 - Q2 + F2
tement extérieur en feuilles d’acier ou de plomb.
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0 ISO
ISO 10534=1:1996(F)
.
La forme de la section droite du tube est en principe
f,.d s 200 . . .
(33)
arbitraire. On recommande cependant des sections
circulaires ou rectangulaires (et, dans ce cas, carrées
pour des tubes de section circulaire de diamètre inté-
de préférence).
rieur d, exprimé en mètres.
Lorsque les tubes de section rectangulaire sont cons-
titués de plaques, il faut veiller à ce que les angles ne
6.2 Porte-éprouvette
présentent aucune faille, par exemple en les colma-
tant au moyen d’adhésifs ou de garniture de finition. Le porte-éprouvette fait soit partie intégrante du tube,
soit lui est adjoint une unité séparée et alors il doit as-
sumer pendant les mesures une fermeture herméti-
6.1.2 Domaine utile en fréquence que du tube. (La figure 2 représente deux dispositions
possibles.)
Le domaine utile en fréquence (fi cf
La longueur du porte-éprouvette doit être suffisam-
d’impédance est déterminé par sa longueur et sa sec-
ment grande pour installer des objets en essai tout en
tion droite. Afin de pouvoir explorer deux minimums
réservant derrière eux un volume d’air de la grandeur
de pression même pour des phases de réflexion défa-
prescrite.
vorables, la longueur de la section d’essai du tube doit
3 3a,/4 a la fréquence limite inférieureA.
être 1
Si le porte-éprouvette est de type séparé, sa forme
intérieure et ses dimensions doivent s’adapter à celles
Le haut-parleur produit généralement des ondes de
du tube d’impédance à 0,2 % près. Le montage du
mode supérieur à l’onde plane. Celles-ci s’éliminent
tube doit être hermétique, sans insertion de joints
sur une distance correspondant à environ trois diamè-
élastiques (on conseille de la vaseline pour assurer
tres de tube ou trois fois la dimension latérale maxi-
l’étanchéité).
male des tubes de section rectangulaire en dessous
de la fréquence de coupure inférieure du premier
II est recommandé d’insérer le porte-éprouvette dans
mode supérieur. Les objets en essai dont les qualités
le tube d’impédance et de rendre la section d’utilisa-
acoustiques varient latéralement (par exemple: Les
tion du tube accessible au montage de l’objet en essai
résonateurs) produiront des apports de mode supé-
au moyen d’un couvercle amovible. Les surfaces de
rieur à l’onde réfléchie.
contact de ce couvercle avec le tube doivent être soi-
gneusement polies et l’utilisation d’un matériau
La section d’essai du tube d’impédance doit éviter les
d’étanchéité (vaseline) est conseillée pour éviter les
deux gammes de modes supérieurs éventuels. Ainsi,
petites fuites. Si l’on utilise un tube de section rectan-
la longueur du tube Z entre la face avant de l’objet en
gulaire, il est recommandé d’installer l’objet en essai à
essai et le haut-parleur est liée à la fréquence limite
l’intérieur du tube par le côté (au lieu de l’insérer axia-
inférieure fi du domaine utile en fréquence par la rela-
lement à l’intérieur du tube). II est ainsi possible de
tion suivante:
contrôler le montage et la position de l’objet en essai
dans le tube, de vérifier la position et la planéité de la
k 2 25O!f+ 3d . . .
(29)
surface frontale, puis de repositionner le plan de réfé-
rence avec précision par rapport à cette surface. Une
où
introduction par le côté permet également d’éviter la
compression des matériaux tendres.
est la longueur, en mètres;
est la fréquence, en hertz;
f La plaque arrière du porte-éprouvette doit être rigide
et fixée de manière hermétique au tube car elle sert
est le diamètre intérieur (ou la longueur laté-
d
d’extrémité rigide pour de nombreuses mesures. On
rale maximale), en mètres.
conseille une plaque métallique d’épaisseur au moins
égale à 2 cm.
La fréquence limite supérieure d’utilisation du tube, fu,
est donnée par l’arrivée possible d’une propagation de
Pour certains essais, on réalise une extrémité par dé-
modes supérieurs. La condition pourf, est:
pression de l’objet en essai en interposant un volume
d’air entre la plaque arrière et cet objet de largeur
d s o,5ao . . . (30)
égale à ito/4. Des bouchons mobiles dans le porte-
éprouvette servent quelquefois d’extrémité rigide,
f”-d s 170
. . .
(31)
permettant ainsi une largeur variable du volume d’air.
II convient toutefois de les utiliser avec beaucoup de
pour des tubes de section rectangulaire où fu est ex-
précaution, car des fuites aussi minimes soient-elles
primé en hertz et la longueur latérale maximale, d en
entre le bouchon et la paroi du porte-éprouvette peu-
mètres; et
vent entraîner des résultats erronés (se reporter à
l’annexe C pour les corrections à apporter aux largeurs
d s 0,58Ao autres que ao/4).
. . . (32)
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ISO 10534=1:1996(F)
t b
a) Avec couvercle amovfble
t b
-
b) Type séparé
Figure 2 - Porte-éprouvette
nomène de diaphonie du champ acoustique dans la
6.3 Microphone
sonde à travers les parois. Le diamètre d’alésage de la
sonde devrait être en rapport avec sa longueur: une
Un microphone mobile enregistre le système d’ondes
sonde de faible diamètre peut avoir une atténuation
stationnaires dans le tube d’impédance pour la locali-
interne trop élevée (pour son contrôle, se reporter en
sation des minimums de pression et pour la détermi-
annexe B). Dans un tube d’impédance horizontal, une
nation des amplitudes (ou niveaux) de pression
sonde montée au centre doit être maintenue pour évi-
acoustique dans les minimums et les maximums des
ter sa flexion, ce qui risquerait de créer des modes
ondes stationnaires.
acoustiques supérieurs. Les supports doivent être suf-
fisamment éloignés de l’ouverture de la prise de son.
Le microphone peut être déplacé soit de l’extérieur du
tube d’impédance - il est monté dans ce cas sur une
Dans un tube d’impédance vertical dont la section
sonde introduite par une ouverture pratiquée dans le
d’utilisation est située à l’extrémité inférieure, le mi-
tube d’impédance - soit placé directement dans le
crophone ou la sonde microphonique peut être sus-
tube d’impédance (et mobile). L’obstruction de la sec-
pendu librement dans le tube d’impédance.
tion droite du tube d’impédance par le microphone
et/ou la sonde et/ou d’autres dispositifs ne doit pas
Pour les tubes d’impédance de section rectangulaire,
représenter plus de 5 % de l’aire de la section droite
on peut faire pivoter le tube sur son axe d’environ 45”
en tout point de la section d’essai.
(voir figure 3) et on peut placer la sonde dans l’angle
inférieur: on évite ainsi tout support. L’autre avantage
6.3.1 Sonde microphonique de cet agencement est que les vibrations solidiennes
du tube d’impédance sont les plus faibles à cet en-
La sonde microphonique doit être en métal d’une droit (voir annexe B pour le contrôle de la diaphonie
épaisseur de paroi suffisante pour empêcher le phé- solidienne). En principe, l’ouverture de prise de son
7
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0 ISO
ISO 10534=1:1996(F)
.
peut être aussi située dans l’angle. Pour effectuer un tique devrait permettre une mesure avec une exacti-
tude de + 0,5 mm. Cette tolérance peut augmenter de
enregistrement de la pression acoustique sur ou à
manière linéaire pour des fréquences inférieures à
proximité de l’axe du tube d’impédance, il est possible
300 Hz jusqu’à 50 Hz pour atteindre une exactitude
de réaliser une terminaison en forme de coude avec
maximale de rt 2 mm. La position du microphone doit
l’ouverture de la prise de son.
être indépendante du sens de déplacement de celui-ci
Eviter les contacts physiques entre la sonde et le tube (aucun retour en arrière).
d’impédance risquant de transmettre des vibrations à
la sonde, notamment à l’entrée de la sonde dans le Une règle graduée mobile permettant le réglage du
tube d’impédance. A cet endroit, il est recommandé
zéro lorsque le centre acoustique du microphone est
de placer un support de sonde en mousse souple. dans le plan de référence peut convenir.
Un dispositif de déplacement continu, à vitesse cons-
6.3.2 Microphone dans le tube d’impédance
tante, de la sonde est utile pour les contrôles décrits
en annexe B.
Pour obtenir une fixation efficace du microphone et de
ses supports, voir 6.3. L’émission solidienne du mi-
crophone doit être évitée en raison de la difficulté de
6.5 Appareillage d’analyse des signaux
contrôler ces excitations dérivées.
L’appareillage d’analyse des signaux est constitué
6.3.3 Centre acoustique de
d’un amplificateur, d’un filtre, d’un appareil de mesure
la sonde microphonique
de la pression acoustique ou du niveau de pression
acoustique (par rapport à une pression de référence
La position du centre acoustique réel du microphone
arbitrairement fixée) et, de préférence, d’un enregis-
ou de la sonde peut être différente de celle des cen-
treur en continu du système d’ondes stationnaires.
tres géométriques. Pour la détermination du centre
acoustique, se reporter à l’annexe A.
II doit permettre d’effectuer des mesures sur une dy-
namique supérieure à 60 dB. Les erreurs de lecture
6.4 Dispositif de déplacement et de mesure
ainsi que celles inhérentes à la non-linéarité, à I’insta-
de la position du microphone
bilité et à la
...
Questions, Comments and Discussion
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