ISO 9053-2:2020
(Main)Acoustics — Determination of airflow resistance — Part 2: Alternating airflow method
Acoustics — Determination of airflow resistance — Part 2: Alternating airflow method
This document specifies an alternating airflow method for the determination of the airflow resistance[5], [6] of porous materials for acoustical applications. Determination of the airflow resistance based on static flow is described in ISO 9053‑1.
Acoustique — Détermination de la résistance à l’écoulement de l’air — Partie 2: Méthode avec écoulement d’air alternatif
Le présent document spécifie une méthode avec écoulement d'air alternatif pour la détermination de la résistance à l'écoulement de l'air[5][6] des matériaux poreux utilisés pour les applications acoustiques. La détermination de la résistance à l'écoulement de l'air reposant sur un écoulement statique est décrite dans l'ISO 9053-1.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9053-2
First edition
2020-09
Acoustics — Determination of airflow
resistance —
Part 2:
Alternating airflow method
Acoustique — Détermination de la résistance à l’écoulement de l’air —
Partie 2: Méthode avec écoulement d’air alternatif
Reference number
ISO 9053-2:2020(E)
©
ISO 2020
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ISO 9053-2:2020(E)
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ISO 9053-2:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 3
5 Principle . 5
6 Equipment . 6
6.1 General . 6
6.2 Device for producing the alternating airflow . 6
6.3 Sound measuring device . 7
6.4 Vessel and measurement cell . 7
6.5 Device for measuring the static pressure . 8
6.6 Device for measuring the frequency of the piston . 8
7 Test specimens. 8
7.1 Homogeneity of test specimen . 8
7.2 Shape . 8
7.3 Dimensions . 8
7.3.1 Lateral dimensions . . 8
7.3.2 Thickness . 9
7.4 Number of test specimens . 9
8 Test procedure . 9
9 Uncertainty .10
10 Test report .11
Annex A (normative) Effective ratio of specific heats for air .12
Annex B (informative) Acoustic model of the flow .15
Annex C (informative) Calculation of uncertainty .17
Annex D (informative) Airflow resistance of perforated support .19
Bibliography .20
© ISO 2020 – All rights reserved iii
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ISO 9053-2:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
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iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 2, Building
acoustics.
This first edition of ISO 9053-2, together with ISO 9053-1:2018, cancels and replaces ISO 9053:1991,
which has been technically revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the former method B in ISO 9053:1991 has been transferred to this document;
— the requirement to the dimensions of the test specimen have been updated;
— a correction for heat conduction has been added.
A list of all parts in the ISO 9053 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 9053-2:2020(E)
Acoustics — Determination of airflow resistance —
Part 2:
Alternating airflow method
1 Scope
This document specifies an alternating airflow method for the determination of the airflow
[5], [6]
resistance of porous materials for acoustical applications.
Determination of the airflow resistance based on static flow is described in ISO 9053-1.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
me a s ur ement (GUM: 1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
airflow resistance
R
quantity defined by
Dp
R=
q
v
where
Dp
is the RMS air pressure difference, across the test specimen, due to the alternating airflow,
in pascals;
q is the RMS volumetric airflow rate, passing through the test specimen, in cubic metres
v
per second.
Note 1 to entry: Airflow resistance is expressed in pascals seconds per cubic metre.
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ISO 9053-2:2020(E)
3.2
specific airflow resistance
R
s
quantity defined by
RR=⋅A
s
where
R
is the airflow resistance of the test specimen, in pascals seconds per cubic metre;
A
is the cross-section area of the test specimen, perpendicular to the direction of flow, in
square metres.
Note 1 to entry: Specific airflow resistance is expressed in pascals seconds per metre.
3.3
airflow resistivity
σ
quantity defined by the following formula if the material is considered as being homogeneous
R
s
σ=
d
where
R is the specific airflow resistance of the test specimen, in pascals seconds per metre;
s
d
is the thickness of the test specimen, in the direction of flow, in metres.
Note 1 to entry: Airflow resistivity is expressed in pascals seconds per square metre.
3.4
airflow velocity
v
quantity defined by
q
v
v=
A
where
q is the RMS volumetric airflow rate, passing through the test specimen, in cubic metres per
v
second;
A
is the cross-sectional area of the test specimen, perpendicular to the direction of flow, in
square metres.
Note 1 to entry: Airflow velocity is expressed in metres per second.
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3.5
sound pressure level
L
p
ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of the time average of the square of the sound
pressure, pt() , during a stated time interval of duration, T (starting at t and ending at t ), to the
1 2
square of a reference value, p :
0
t
1
2
2
pt()dt
∫
t
T
1
L =10lg dB
p
2
p
0
where the reference value, p , is 20 μPa
0
Note 1 to entry: The sound pressure level is expressed in decibels.
4 Symbols
A cross-section area of the test specimen, in square metres;
A cross sectional area of the piston, in square metres;
P
b thickness of the thermal boundary layer, in metres;
C specific heat capacity at constant pressure, in joules per kilogram and degree kelvin;
P
c speed of sound, in metres per second;
0
d thickness of the test specimen, in the direction of flow, in metres;
f frequency of the piston movement, in hertz;
h amplitude of the stroke of the piston, in metres;
h
amplitude of the stroke of the piston when the measurement cell with the test specimen is
s
mounted, in metres;
h amplitude of the stroke of the piston when the air cavity is closed by the airtight termina-
t
tion, in metres;
j
−1
k thermal conductivity, in joules per meter, second and degree kelvin;
a
L sound pressure level, in decibels;
p
L background sound pressure level, in decibels;
pb,
L
sound pressure level in the air cavity when the measurement cell with the test specimen is
ps,
mounted, in decibels;
L sound pressure level in the air cavity with the airtight termination, in decibels;
pt,
l characteristic thermal diffusion length, in metres;
h
N acoustic compliance, in cubic metres per pascal;
P static pressure, in pascals;
S
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p
sound pressure, in pascals;
p
sound pressure when the test cell with the test specimen is mounted, in pascals;
s
p sound pressure when the air cavity is closed by the airtight termination, in pascals;
t
p sound pressure reference value, 20 µPa;
0
q rms value of the volume flow when the test cell with the test specimen is mounted, in cubic
s
metres per second;
q rms value of the volume flow when the air cavity is closed by the airtight termination, in
t
cubic metres per second;
q rms volumetric airflow rate, passing through the test specimen, in cubic metres per second;
v
R airflow resistance of the test specimen, in pascals seconds per cubic metre;
R specific airflow resistance of the test specimen, in pascals seconds per metre;
s
r ratio between the stroke amplitudes;
r radius of the perforations in the specimen support (Annex D), in metres;
r
S total area, in square metres;
U expanded uncertainty;
u standard uncertainty;
V volume of the air cavity with the airtight termination, in cubic metres;
v airflow velocity, in metres per second;
v rms-value of the airflow velocity through the test specimen, in metres per second;
s
y thickness of the support, in metres;
Z acoustic impedance of the cavity, in pascals seconds per cubic metres;
a
Dp
rms air pressure difference, across the test specimen, due to the alternating airflow, in
pascals;
φ
perforation rate;
η dynamic viscosity of air, in pascals seconds;
κ
ratio of specific heats for air;
κ '
effective ratio of specific heats for air;
λ wavelength, in metres;
ρ density of air, in kilograms per cubic metre;
0
σ
airflow resistivity of the test specimen, in pascals seconds per square metre;
ω
circular frequency, 2 · π · f, in per second.
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5 Principle
An alternating volume flow with a low frequency, f , for example of 2 Hz, is generated by a piston or
similar device (see Figure 1 and Figure 2) moving sinusoidally. This volume flow acts on an air cavity
that is either closed by an airtight termination or terminated by the test specimen mounted in a
measurement cell. The sound pressure level is measured in the air cavity for both cases.
The pressure inside the cavity is the outside atmospheric pressure modulated by the alternating flow
generated by the piston. The microphone mounted inside the cavity therefore measures the pressure
difference across the specimen when the test cell with the specimen is mounted.
When the air cavity is closed, the volume flow creates a sound pressure in the air cavity that can be
calculated from the piston movement, the dimensional information of the cavity and the atmospheric
air pressure.
When the measurement cell is mounted, the main part of the generated volume flow passes through
the test specimen and a lower sound pressure is observed in the air cavity. The difference between the
sound pressure levels when the vessel is closed and when the test cell is mounted is a direct function of
the airflow resistivity of the test specimen. By the measurement of the sound pressure differences, the
airflow resistance for the test specimen can be computed.
It can be practical to use different piston stroke lengths for the closed vessel and when the measurement
cell is mounted.
Key
1 vessel 2 air cavity
3 piston 4 microphone
5 seal 6 measurement cell
7 test specimen 8 optional support for test specimen
Figure 1 — Basic principle, termination with the test specimen
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ISO 9053-2:2020(E)
Key
1 vessel 2 air cavity
3 piston 4 microphone
5 seal 6 airtight termination
Figure 2 — Basic principle, termination with an airtight seal
NOTE For materials with a visco-inertial transition frequency below 100 Hz, the method described in
ISO 9053-1 using a static flow can give a different result. Examples of such materials are: a) fibre materials with
large fibres, such as some metal or plant fibres, b) foams with low porosity but big pores, such as some metal
foams, c) granular materials with large grains and low porosity, such as road pavements.
6 Equipment
6.1 General
The equipment shall consist of:
a) a device for producing the alternating airflow (see 6.2);
b) a sound level meter or an alternative device for measuring the sound pressure level in a narrow
frequency band (e.g. a fractional-octave band) around the frequency of the piston (see 6.3);
c) a vessel (see 6.4)
— containing the air cavity,
— allowing connections to the microphone and the source of the alternating airflow, and
— including an airtight termination and a measurement cell;
d) a device for measuring the static pressure (see 6.5);
e) a device for measuring the frequency of the piston (see 6.6);
f) a device for measuring the thickness of the test specimen when it is positioned for the test.
6.2 Device for producing the alternating airflow
The alternating airflow shall be produced by a sinusoidally moving piston. The frequency of the piston
movement, f , shall be in the range of 1 Hz to 4 Hz and known with sufficient accuracy (see Annex C).
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ISO 9053-2:2020(E)
The amplitude of the piston stroke, h (see Figure 1 and Figure 2), shall be determined, normally by
dimensional measurements. The rms-value of the volume flow, q , produced by the moving piston is
v
qf=⋅2 π⋅⋅hA⋅
vP
Different stroke lengths can be applied for the measurement with the airtight termination and the
measurement cell with specimen. The two lengths shall be selected to obtain suitable sound pressure
levels in both situations as well as to generate the required airflow velocity through the specimen. The
use of different piston frequencies and stroke lengths can be used to demonstrate that the obtained
airflow resistance is independent of the airflow velocity.
The rms-value of the flow velocity through the test specimen, in metres per second, is calculated
according to Formula (1):
2⋅⋅π fh⋅⋅A
sP
v = (1)
s
A
−4 -1 −−31
It is recommended to use rms-values of the flow velocity between 51· 0 ms and 41· 0 ms .
NOTE 1 A piston with a diameter of 10 mm and stroke lengths of 1,4 mm (airtight termination) and 14 mm
(measurement cell with specimen) has proven to be appropriate for a measurement cell diameter of 100 mm and
−3 3
an air cavity with a volume of about 10 m .
NOTE 2 The uncertainty analysis shows that the ratio between the different applied stroke lengths is
important. The ratio can be verified by using a sound level measuring system that covers the pressures generated
by all the applied strokes lengths.
6.3 Sound measuring device
The sound measuring device shall be able to measure sound pressures with the piston frequency. The
applied sound pressure shall be within the linear measurement range for the device.
The sound measuring device shall have a small bandwidth around the piston frequency for reducing
background noise and harmonic distortions.
For all related measurements at a particular piston frequency including measurement of background
noise, the bandwidth of the sound measuring device shall not be changed.
The sound measuring device may be a sound level meter, including microphones and cables, conforming
to the requirements of IEC 61672-1 class 1 or class 2, and with fractional-octave band filters meeting
the requirements of IEC 61260-1 class 1 or class 2.
It is important that the sound measuring device only measure the sound with frequencies close to the
frequency of the piston in order to reduce the effect of harmonic distortions and background noise. The
band limiting function can be obtained by the use of a fractional-octave band filter or FFT-analyser/
technique.
NOTE The sound measuring device is mainly used to determine the difference in sound pressure levels for
sound with a constant frequency. Level linearity performance at this frequency is therefore the most important
property.
6.4 Vessel and measurement cell
The vessel and the measurement cell shall be in the shape of a circular cylinder or a rectangular
parallelepiped (preferably with a square cross-section in the latter case). The vessel shall include
appropriate seals to enable a leak-free mounting of the airtight termination and the measurement cell.
The vessel and the airtight termination shall be sufficiently stiff to avoid volume changes under
alternating pressure conditions. The volume, V , of the air cavity inside the closed vessel with the
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ISO 9053-2:2020(E)
airtight termination mounted shall include all connecting pipes, such as to the microphone and to the
piston. The piston shall be in centre position when the volume is measured.
The diameter or smallest edge of the measurement cell shall be chosen depending on the specimens
to test. In any case, the minimum diameter or smallest edge of the measurement cell shall be 29 mm.
Furthermore, the air cavity shall have a cross section that is at least the same as the cross section of the
measurement cell. Various measurement cells can be used as long as they fulfil all the requirements of
this document.
The vessel and the measurement cell should be made so that the airflow is along the flow direction
to be measured. This is normally perpendicular to the surface of the specimen to be measured. The
measurement cell may include two grills or perforated plates for keeping the test specimen in position.
It is important that the test specimen do not move due to the alternating air flow. The supports shall
have an open area of minimum 50 %, evenly distributed. The holes in the support shall have a diameter
of not less than 3 mm. The airflow resistance of the support should be less than 1 % of the airflow
resistance to be measured. See Annex D for additional information.
6.5 Device for measuring the static pressure
The device for measuring the static pressure shall be capable of performing measurements with a low
uncertainty. The uncertainty in the static pressure shall be considered in the uncertainty budget.
6.6 Device for measuring the frequency of the piston
The frequency of the piston shall be determined with low uncertainty. The uncertainty in the frequency
shall be considered in the uncertainty budget. The frequency may be measured from the microphone
signal by the use of a frequency counter or by frequency analysis.
7 Test specimens
7.1 Homogeneity of test specimen
The test specimen can have different airflow resistivities for different orientations of the specimen
relative to the applied direction of airflow. If the specimen is not homogeneous, one or more appropriate
orientations shall be selected and described in the test report.
7.2 Shape
The test specimen may be circular or rectangular, corresponding to the shape of the measurement cell.
7.3 Dimensions
7.3.1 Lateral dimensions
The lateral dimensions of a specimen shall contain a minimum of 10 pores for a foam specimen,
10 fibres for a fibrous material specimen, or 10 grains for a granular specimen. In case no information
about the microstructure of the material (number of pores, fibres or grains per millimetre) is available,
a minimum diameter of 95 mm or a smaller edge of 90 mm minimum is required for the material
specimens.
The measurement cell shall have the same lateral dimensions as the material specimen submitted to
test. See 8.2 to avoid leaks between the measurement cell and the specimen.
Care should be taken to avoid dimensional distortion of the test specimen.
8 © ISO 2020 – All rights reserved
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7.3.2 Thickness
The thickness of the test specimen shall be chosen to obtain a measurable sound pressure level above
self-noise in the instrument and noise in the environment.
The test specimen shall be mounted in the measurement cell in a way to prevent altering the thickness
of the specimen.
If the test specimens available are not sufficiently thick to produce a suitable sound pressure level,
test specimens chosen in the same way may be superimposed if this does not modify the material
microscopic structure. In particular, when test specimens of fibrous materials or non-woven textiles
are superimposed, the same orientation of the fibres shall be used for the individual superimposed
specimens. For perforated plates or woven textiles, holes or patterns should all be superimposed.
7.4 Number of test specimens
The required number of test specimens depends on the type of the material and is commonly defined in
product standards. Usually three to six samples are required.
8 Test procedure
8.1 Place the test specimen, prepared as described in Clause 7, in the measurement cell.
8.2 Ensure that the edges are properly sealed. A thin layer of petroleum jelly, thread seal tape or rings
may be used to seal the edges of specimens. When using petroleum jelly, care should be taken to avoid
penetration of the petroleum jelly inside the material specimen.
8.3 Bring the device for measuring the thickness of the test specimens into contact with the upper
surface of the test specimens, compressing it lightly if necessary.
8.4 Note the thickness and use this measurement to determine the free or the compressed volume
and, from this, derive the free or the compressed density of the test specimen when in position.
8.5 Measure the static pressure, P . Adjust the volume flow source to the piston stroke length, h . Set
s s
the source in motion and measure:
a) the frequency of the piston movement, f ;
b) the background sound pressure level, L , with acting source and neither test cell nor airtight
pb,
termination mounted;
c) the sound pressure level in the air cavity, when the measurement cell with the test specimen is
mounted, L (see Figure 1).
ps,
8.6 Replace the measurement cell with the airtight termination. Adjust the volume flow source to the
piston stroke length, h . Set the source in motion and ensure that the frequency of the piston movement
t
is unchanged. Then, measure the sound pressure level in the air cavity with the airtight termination, L
pt,
(see Figure 2).
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ISO 9053-2:2020(E)
8.7 The airflow resistance is then calculated from the measured quantities as given in Formula (2):
LL−
ps.,pt
κ'⋅P h
St
20dB
R= ⋅⋅10 (2)
2⋅⋅π fV⋅ h
s
The effective ratio of specific heat, κ ', shall be determined by the method given in Annex A or another
method to determine the effect of heat conduction.
Formula (2) gives valid results when the requirements in Formula (3) and (4) are both met:
LL−
ps,,pt
h
t
20dB
⋅<10 03, (3)
h
s
and
LL−>10dB (4)
ps,,pb
If the requirements are not met, a change of the specimen length, specimen diameter, cavity volume,
piston frequency or piston stroke length can be appropriate.
Formula (2) shows that the airflow resistance is a function of the difference between two sound
pressure levels, measured at the same frequency. An absolute calibration of the sound measuring device
is therefore not needed. Further, the frequency response of the device is not critical. The important
function is level linearity.
If the requirement in Formula (4) is satisfied, the influence of the background noise on the level L is
ps,
less than 0,4 dB assuming uncorrelated noise. If the noise is correlated with the piston movement, a
larger differe
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 9053-2
Première édition
2020-09
Acoustique — Détermination de la
résistance à l’écoulement de l’air —
Partie 2:
Méthode avec écoulement d’air
alternatif
Acoustics — Determination of airflow resistance —
Part 2: Alternating airflow method
Numéro de référence
ISO 9053-2:2020(F)
©
ISO 2020
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ISO 9053-2:2020(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 9053-2:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 3
5 Principe . 4
6 Équipement . 6
6.1 Généralités . 6
6.2 Dispositif de production de l’écoulement d’air alternatif . 6
6.3 Dispositif de mesure du son . 7
6.4 Récipient et cellule de mesure . 7
6.5 Dispositif de mesure de la pression statique . 8
6.6 Dispositif de mesure de la fréquence du piston . 8
7 Éprouvettes . 8
7.1 Homogénéité de l’éprouvette . 8
7.2 Forme . 8
7.3 Dimensions . 8
7.3.1 Dimensions latérales . 8
7.3.2 Épaisseur . 9
7.4 Nombre d’éprouvettes . 9
8 Mode opératoire d’essai. 9
9 Incertitude .10
10 Rapport d’essai .11
Annexe A (normative) Rapport effectif des chaleurs spécifiques pour l’air .12
Annexe B (informative) Modèle acoustique d’écoulement .15
Annexe C (informative) Calcul de l’incertitude .17
Annexe D (informative) Résistance à l’écoulement de l’air du support perforé .19
Bibliographie .20
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ISO 9053-2:2020(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 2,
Acoustique des bâtiments.
Cette première édition de l’ISO 9053-2, avec l’ISO 9053-1:2018, annulent et remplacent l’ISO 9053:1991,
qui a fait l’objet d’une révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— l’ancienne méthode B de l’ISO 9053:1991 a été transférée dans le présent document;
— les exigences relatives aux dimensions de l’éprouvette ont été mises à jour;
— une correction a été ajoutée pour la conduction thermique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 9053 est disponible sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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NORME INTERNATIONALE ISO 9053-2:2020(F)
Acoustique — Détermination de la résistance à
l’écoulement de l’air —
Partie 2:
Méthode avec écoulement d’air alternatif
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode avec écoulement d’air alternatif pour la détermination de la
[5][6]
résistance à l’écoulement de l’air des matériaux poreux utilisés pour les applications acoustiques.
La détermination de la résistance à l’écoulement de l’air reposant sur un écoulement statique est décrite
dans l’ISO 9053-1.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM: 1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.1
résistance à l’écoulement de l’air
R
grandeur définie par:
Dp
R=
q
v
où
Dp
est la différence des valeurs moyennes quadratiques de pression d’air de part et d’autre de
l’éprouvette, due à l’écoulement d’air alternatif, en pascals;
q est la valeur moyenne quadratique du débit d’air volumique traversant l’éprouvette, en
v
mètres cubes par seconde.
Note 1 à l'article: La résistance à l’écoulement de l’air s’exprime en pascals-secondes par mètre cube.
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3.2
résistance spécifique à l’écoulement de l’air
R
s
grandeur définie par:
RR=⋅A
s
où
R
est la résistance à l’écoulement de l’air de l’éprouvette, en pascals-secondes par mètre cube;
A
est la section de l’éprouvette perpendiculaire au sens de l’écoulement, en mètres carrés.
Note 1 à l'article: La résistance spécifique à l’écoulement de l’air s’exprime en pascals-secondes par mètre.
3.3
résistivité à l’écoulement de l’air
σ
si le matériau est jugé homogène, grandeur définie par la formule suivante:
R
s
σ=
d
où
R est la résistance spécifique à l’écoulement de l’air de l’éprouvette, en pascals-secondes par mètre;
s
d
est l’épaisseur de l’éprouvette dans le sens de l’écoulement, en mètres.
Note 1 à l'article: La résistivité à l’écoulement de l’air s’exprime en pascals-secondes par mètre carré.
3.4
vitesse d’écoulement de l’air
v
grandeur définie par:
q
v
v=
A
où
q est la valeur moyenne quadratique du débit d’air volumique traversant l’éprouvette, en mètres
v
cubes par seconde;
A
est la section de l’éprouvette perpendiculaire au sens de l’écoulement, en mètres carrés.
Note 1 à l'article: La vitesse d’écoulement de l’air s’exprime en mètres par seconde.
3.5
niveau de pression acoustique
L
p
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dix fois le logarithme décimal du rapport de la moyenne temporelle du carré de la pression acoustique,
pt , au carré d’une valeur de référence, p , pendant un intervalle de temps donné, T (qui commence à
()
0
t et se termine à t ):
1 2
t
1
2
2
pt dt
()
∫
t
T
1
L =10lg dB
p
2
p
0
où la valeur de référence, p , est égale à 20 μPa
0
Note 1 à l'article: Le niveau de pression acoustique s’exprime en décibels.
4 Symboles
A section de l’éprouvette, en mètres carrés;
A section du piston, en mètres carrés;
P
b épaisseur de la couche limite thermique, en mètres;
C chaleur massique à pression constante, en joules par kilogramme et par degré Kelvin;
P
c vitesse du son, en mètres par seconde;
0
d épaisseur de l’éprouvette dans le sens de l’écoulement, en mètres;
f fréquence du mouvement du piston, en Hertz;
h amplitude de la course du piston, en mètres;
h amplitude de la course du piston lorsque la cellule de mesure avec l’éprouvette est montée,
s
en mètres;
h amplitude de la course du piston lorsque la cavité d’air est fermée par la terminaison étanche,
t
en mètres;
j
−1
k conductivité thermique, en joules par mètre, par seconde et par degré Kelvin;
a
L niveau de pression acoustique, en décibels;
p
L niveau de pression acoustique de fond, en décibels;
pb,
L niveau de pression acoustique dans la cavité d’air lorsque la cellule de mesure avec l’éprou-
ps,
vette est montée, en décibels;
L niveau de pression acoustique dans la cavité d’air avec la terminaison étanche, en décibels;
pt,
l longueur caractéristique de diffusion thermique, en mètres;
h
N compliance acoustique, en mètres cubes par pascal;
P pression statique, en pascals;
S
p
pression acoustique, en pascals;
p pression acoustique lorsque la cellule d’essai avec l’éprouvette est montée, en pascals;
s
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p pression acoustique lorsque la cavité d’air est fermée par la terminaison étanche, en pascals;
t
p
valeur de référence de la pression acoustique, égale à 20 µPa;
0
q valeur moyenne quadratique du débit volumique lorsque la cellule d’essai avec l’éprouvette
s
est montée, en mètres cubes par seconde;
q valeur moyenne quadratique du débit volumique lorsque la cavité d’air est fermée par la
t
terminaison étanche, en mètres cubes par seconde;
q valeur moyenne quadratique du débit d’air volumique traversant l’éprouvette, en mètres
v
cubes par seconde;
R résistance à l’écoulement de l’air de l’éprouvette, en pascals-secondes par mètre cube;
R résistance spécifique à l’écoulement de l’air de l’éprouvette, en pascals-secondes par mètre;
s
r rapport entre les amplitudes de course;
r rayon des perforations dans le support d’éprouvette (Annexe D), en mètres;
r
S aire totale, en mètres carrés;
U incertitude élargie;
u incertitude-type;
V volume dans la cavité d’air avec la terminaison étanche, en mètres cubes;
v vitesse d’écoulement de l’air, en mètres par seconde;
v valeur moyenne quadratique de la vitesse d’écoulement de l’air traversant l’éprouvette, en
s
mètres par seconde;
y épaisseur du support, en mètres;
Z
impédance acoustique de la cavité, en pascals-secondes par mètre cube;
a
Dp
différence des valeurs moyennes quadratiques de pression d’air de part et d’autre de l’éprou-
vette, due à l’écoulement d’air alternatif, en pascals;
φ
taux de perforation;
η viscosité dynamique de l’air, en pascals-secondes;
κ
rapport des chaleurs spécifiques pour l’air;
κ '
rapport effectif des chaleurs spécifiques pour l’air;
λ longueur d’onde, en mètres;
ρ masse volumique de l’air, en kilogrammes par mètre cube;
0
σ
résistivité à l’écoulement de l’air de l’éprouvette, en pascals-secondes par mètre carré;
ω
fréquence circulaire, 2 · π · f, en radians par seconde.
5 Principe
Un débit volumique alternatif de basse fréquence f , par exemple de 2 Hz, est généré par un piston ou
un dispositif similaire (voir la Figure 1 et la Figure 2) qui se déplace de manière sinusoïdale. Ce débit
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volumique agit sur une cavité d’air qui est soit fermée par une terminaison étanche, soit qui se termine
par l’éprouvette montée dans une cellule de mesure. Le niveau de pression acoustique est mesuré dans
la cavité d’air dans les deux cas.
La pression à l’intérieur de la cavité est la pression atmosphérique extérieure modulée par le débit
alternatif généré par le piston. Le microphone monté à l’intérieur de la cavité mesure donc la différence
de pression dans l’éprouvette lorsque la cellule d’essai avec l’éprouvette est montée.
Lorsque la cavité d’air est fermée, le débit volumique crée une pression acoustique dans la cavité d’air,
qui peut être calculée à partir du mouvement du piston, des informations dimensionnelles de la cavité
et de la pression de l’air atmosphérique.
Lorsque la cellule de mesure est montée, la majeure partie du débit volumique généré passe à travers
l’éprouvette et une pression acoustique plus faible est observée dans la cavité d’air. La différence
entre les niveaux de pression acoustique lorsque le récipient est fermé et lorsque la cellule d’essai est
montée est directement fonction de la résistivité à l’écoulement de l’air de l’éprouvette. Le mesurage
des différences de pression acoustique permet de calculer la résistance à l’écoulement de l’air de
l’éprouvette.
Il peut être pratique d’utiliser des longueurs de course de piston différentes dans le cas où le récipient
fermé et lorsque la cellule de mesure est montée.
Légende
1 récipient 2 cavité d’air
3 piston 4 microphone
5 joint 6 cellule de mesure
7 éprouvette 8 support d’éprouvette en option
Figure 1 — Principe de base, terminaison par l’éprouvette
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Légende
1 récipient 2 cavité d’air
3 piston 4 microphone
5 joint 6 terminaison étanche
Figure 2 — Principe de base, terminaison étanche
NOTE Pour les matériaux présentant une fréquence de transition visco-inertielle inférieure à 100 Hz,
la méthode décrite dans l’ISO 9053-1 au moyen d’un écoulement statique peut donner un résultat différent,
notamment pour les matériaux des types suivants: a) matériaux fibreux constitués de grosses fibres comme
certaines fibres métalliques ou végétales, b) mousses avec une faible porosité, mais de gros pores comme
certaines mousses métalliques, c) matériaux granulaires avec de gros grains et une faible porosité comme les
revêtements routiers.
6 Équipement
6.1 Généralités
L’appareillage doit comprendre les éléments suivants:
a) un dispositif de production de l’écoulement d’air alternatif (voir 6.2);
b) un sonomètre ou autre dispositif pour mesurer le niveau de pression acoustique dans une bande
de fréquences étroite (par exemple une bande d’une fraction d’octave) autour de la fréquence du
piston (voir 6.3);
c) un récipient (voir 6.4):
— contenant la cavité d’air;
— permettant de raccorder le microphone et la source d’écoulement d’air alternatif; et
— incluant une terminaison étanche et une cellule de mesure;
d) un dispositif de mesure de la pression statique (voir 6.5);
e) un dispositif de mesure de la fréquence du piston (voir 6.6);
f) un dispositif de mesure de l’épaisseur de l’éprouvette une fois mise en place pour l’essai.
6.2 Dispositif de production de l’écoulement d’air alternatif
L’écoulement d’air alternatif doit être produit par un piston à déplacement sinusoïdal. La fréquence du
mouvement du piston f doit être située dans la plage de 1 Hz à 4 Hz et être connue avec une précision
suffisante (voir l’Annexe C). L’amplitude de la course du piston h (voir la Figure 1 et la Figure 2) doit
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être déterminée, normalement par des mesurages dimensionnels. La valeur moyenne quadratique du
débit volumique q produit par le piston en mouvement est:
v
qf=⋅2 π⋅⋅hA⋅
vP
Des longueurs de course différentes peuvent être appliquées pour le mesurage avec la terminaison
étanche et avec la cellule de mesure avec l’éprouvette. Les deux longueurs doivent être sélectionnées de
manière à obtenir des niveaux de pression acoustique adaptés dans les deux situations et pour générer
la vitesse d’écoulement de l’air requise à travers l’éprouvette. L’utilisation de fréquences de piston et
longueurs de course différentes peut servir à démontrer que la résistance à l’écoulement de l’air obtenue
est indépendante de la vitesse d’écoulement de l’air.
La valeur moyenne quadratique de la vitesse d’écoulement de l’air à travers l’éprouvette, en mètres par
seconde, est calculée à l’aide de la Formule (1):
2⋅⋅π fh⋅⋅A
sP
v = (1)
s
A
Il est recommandé d’utiliser des valeurs moyennes quadratiques de la vitesse d’écoulement de l’air
−4 -1 −−31
comprises entre 51· 0 ms et 41· 0 ms .
NOTE 1 Un piston de 10 mm de diamètre et avec des longueurs de course de 1,4 mm (terminaison étanche) et
14 mm (cellule de mesure avec éprouvette) s’est révélé approprié pour mesurer un diamètre de cellule de 100 mm
−3 3
et une cavité d’air ayant un volume d’environ 10 m .
NOTE 2 L’analyse de l’incertitude montre que le rapport entre les différentes longueurs de course appliquées
est important. Le rapport peut être vérifié au moyen d’un système de mesure du niveau sonore qui couvre les
pressions générées par toutes les longueurs de course appliquées.
6.3 Dispositif de mesure du son
Le dispositif de mesure du son doit pouvoir mesurer les pressions acoustiques avec la fréquence du
piston. La pression acoustique appliquée doit être comprise dans la plage de mesure linéaire du
dispositif.
Le dispositif de mesure du son doit avoir une petite largeur de bande autour de la fréquence du piston
pour réduire le bruit de fond et les distorsions harmoniques.
Pour toutes les mesures associées à une fréquence de piston particulière, y compris pour le mesurage
du bruit de fond, la largeur de bande du dispositif de mesure du son ne doit pas être modifiée.
Le dispositif de mesure du son peut être un sonomètre comprenant des microphones et des câbles
conformes aux exigences de la classe 1 ou de la classe 2 selon l’IEC 61672-1 et avec des filtres de bande
d’une fraction d’octave conformes aux exigences de la classe 1 ou de la classe 2 selon l’IEC 61260-1.
Il est important que le dispositif de mesure du son mesure uniquement le son à des fréquences proches
de la fréquence du piston afin de réduire l’effet des distorsions harmoniques et du bruit de fond. La
fonction de limitation de bande peut être obtenue au moyen d’un filtre de bande d’une fraction d’octave
ou d’un analyseur/d’une technique FFT.
NOTE Le dispositif de mesure du son est principalement utilisé pour déterminer la différence entre les
niveaux de pression acoustique pour un son à une fréquence constante. La performance de linéarité du niveau à
cette fréquence est donc la propriété la plus importante.
6.4 Récipient et cellule de mesure
Le récipient et la cellule de mesure doivent avoir la forme d’un cylindre circulaire ou d’un parallélépipède
rectangle (de préférence de section carrée, dans ce dernier cas). Le récipient doit inclure des joints
appropriés pour permettre un montage sans fuite de la terminaison étanche et de la cellule de mesure. Le
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récipient et la terminaison étanche doivent être suffisamment rigides pour éviter les variations de volume
dans des conditions de pression alternative. Le volume V de la cavité d’air à l’intérieur du récipient fermé
par la terminaison étanche montée doit inclure tous les tuyaux de raccordement notamment au
microphone et au piston. Le piston doit être en position centrale lorsque le volume est mesuré.
Le diamètre ou le plus petit côté de la cellule de mesure doit être choisi en fonction des éprouvettes à
soumettre à l’essai. Dans tous les cas, le diamètre minimal ou le plus petit côté de la cellule de mesure
doit être de 29 mm. De plus, la cavité d’air doit avoir une section au moins égale à la section de la cellule
de mesure. Différentes cellules de mesure peuvent être utilisées du moment qu’elles respectent toutes
les exigences du présent document.
Il convient que le récipient et la cellule de mesure soient conçus pour que l’écoulement d’air se fasse dans
le sens de l’écoulement à mesurer. Celui-ci est normalement perpendiculaire à la surface de l’éprouvette
à mesurer. La cellule de mesure peut inclure deux grilles ou des plaques perforées pour maintenir
l’éprouvette en position. Il est important que l’éprouvette ne bouge pas sous l’effet de l’écoulement d’air
alternatif. Les supports doivent être évidés à au moins 50 % de façon régulière. Le diamètre des trous
ne doit pas être inférieur à 3 mm. Il convient que la résistance à l’écoulement de l’air du support soit
inférieure à 1 % de la résistance à l’écoulement à mesurer. Voir l’Annexe D pour plus d’informations.
6.5 Dispositif de mesure de la pression statique
Le dispositif de mesure de la pression statique doit être capable de réaliser des mesurages avec
une incertitude faible. L’incertitude de la pression statique doit être prise en compte dans le budget
d’incertitude.
6.6 Dispositif de mesure de la fréquence du piston
La fréquence du piston doit être déterminée avec une incertitude faible. L’incertitude de la fréquence
doit être prise en compte dans le budget d’incertitude. La fréquence peut être mesurée à partir du
signal du microphone au moyen d’un fréquencemètre ou d’un analyseur de fréquences.
7 Éprouvettes
7.1 Homogénéité de l’éprouvette
L’éprouvette peut avoir des résistivités à l’écoulement de l’air différentes pour différentes orientations
de l’éprouvette par rapport au sens de l’écoulement appliqué. Si l’éprouvette n’est pas homogène, une ou
plusieurs orientations appropriées doivent être sélectionnées et décrites dans le rapport d’essai.
7.2 Forme
L’éprouvette peut avoir une forme circulaire ou rectangulaire en fonction de la forme de la cellule
de mesure.
7.3 Dimensions
7.3.1 Dimensions latérales
Les dimensions latérales d’une éprouvette doivent contenir au minimum 10 pores dans le cas d’une
éprouvette en mousse, 10 fibres dans le cas d’une éprouvette en matériau fibreux ou 10 grains dans
le cas d’une éprouvette granulaire. S’il n’existe aucune information sur la microstructure du matériau
(nombre de pores, de fibres ou de grains par millimètre), un diamètre minimal de 95 mm ou le plus
petit côté de 90 mm au minimum est requis pour les éprouvettes de matériau.
La cellule de mesure doit avoir les mêmes dimensions latérales que l’éprouvette de matériau soumise à
l’essai. Voir 8.2 pour éviter les fuites entre la cellule de mesure et l’éprouvette.
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ISO 9053-2:2020(F)
Il convient d’éviter toute déformation dimensionnelle de l’éprouvette.
7.3.2 Épaisseur
L’épaisseur de l’éprouvette doit être choisie de manière à obtenir un niveau de pression acoustique
mesurable supérieur au bruit propre de l’instrument et au bruit présent dans l’environnement.
L’éprouvette doit être montée dans la cellule de mesure en faisant en sorte que son épaisseur ne soit pas
modifiée.
Si les éprouvettes disponibles ne sont pas d’une épaisseur suffisante pour provoquer un niveau de
pression acoustique adéquat, des éprouvettes choisies selon ces critères peuvent être superposées si
cela ne modifie pas la structure microscopique du matériau. Lorsque des éprouvettes en matériaux
fibreux ou en textiles non-tissés sont superposées, les éprouvettes individuelles superposées doivent
avoir la même orientation des fibres. Pour les plaques perforées ou les textiles tissés, il convient que les
trous ou les motifs soient tous superposés.
7.4 Nombre d’éprouvettes
Le nombre d’éprouvettes requis dépend du type de matériau et il est habituellement défini dans les
normes de produits. En règle générale, trois à six échantillons sont nécessaires.
8 Mode opératoire d’essai
8.1 Disposer l’éprouvette, préparée comme décrit à l’Article 7, dans la cellule de mesure.
8.2 Veiller à ce que les bords de l’éprouvette soient correctement scellés. Une fine couche de
pétrolatum, du ruban d’étanchéité ou des bagues d’étanchéité peuvent êtr
...
Questions, Comments and Discussion
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