Acoustics -- Noise from shooting ranges

ISO 17201-4:2006 provides a computational model for determining the acoustical source level of projectile sound and its one-third-octave-band spectrum, expressed as the sound exposure level for nominal mid-band frequencies from 12,5 Hz to 10 kHz. It also gives guidance on how to use this source level to calculate the sound exposure level at a receiver position. ISO 17201-4:2006 is intended for calibres of less than 20 mm, but can also be applied for large calibres. Additionally, the data can be used to compare sound emission from different types of ammunition used with the same weapon. This part of ISO 17201 is meant for weapons used in civil shooting ranges, but is also applicable to military weapons.

Acoustique -- Bruit des stands de tir

L'ISO 17201-4:2006 fournit un modèle de calcul permettant de déterminer le niveau d'émission acoustique du bruit du projectile et son spectre de tiers d'octave exprimé en tant que niveau d'exposition sonore pour des fréquences nominales à mi-bande comprises entre 12,5 Hz et 10 kHz. Elle donne également des lignes directrices sur la manière d'utiliser ce niveau d'émission pour calculer le niveau d'exposition sonore à l'emplacement du récepteur. L'ISO 17201-4:2006 traite des calibres de moins de 20 mm, mais elle est également applicable à de plus gros calibres. Par ailleurs, les données peuvent permettre de comparer l'émission sonore de différents types de munitions utilisés avec la même arme. L'ISO 17201-4:2006 est destinée aux armes utilisées dans les stands de tir civils mais peut également s'appliquer aux armes militaires.

General Information

Status
Published
Publication Date
22-Mar-2006
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
16-Jun-2020
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ISO 17201-4:2006 - Acoustics -- Noise from shooting ranges
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ISO 17201-4:2006 - Acoustique -- Bruit des stands de tir
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17201-4
First edition
2006-04-01
Acoustics — Noise from shooting
ranges —
Part 4:
Prediction of projectile sound
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 4: Estimation du bruit du projectile
Reference number
ISO 17201-4:2006(E)
ISO 2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17201-4:2006(E)
PDF disclaimer

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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 17201-4:2006(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................ iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Scope ..................................................................................................................................................... 1

2 Normative references ........................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions........................................................................................................................... 2

4 Regions.................................................................................................................................................. 5

5 Source description ............................................................................................................................... 6

5.1 Source point .......................................................................................................................................... 6

5.2 Source sound exposure level.............................................................................................................. 6

6 Guidelines for calculating sound exposure levels at receiver locations........................................ 8

6.1 Basic equation ...................................................................................................................................... 8

6.2 Calculation of the attenuation terms .................................................................................................. 8

7 Uncertainty in source description and propagation ....................................................................... 12

Annex A (informative) Derivation of constants and consideration of barrier and other effects.............. 13

Annex B (informative) Guidance on prediction uncertainty ........................................................................ 17

Bibliography ..................................................................................................................................................... 19

© ISO 2006 – All rights reserved iii
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ISO 17201-4:2006(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 17201-4 was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise.

ISO 17201 consists of the following parts, under the general title Acoustics — Noise from shooting ranges:

⎯ Part 1: Determination of muzzle blast by measurement
⎯ Part 2: Estimation of muzzle blast and projectile sound by calculation
⎯ Part 4: Prediction of projectile sound
The following parts are under preparation:
⎯ Part 3: Guidelines for sound propagation calculation
⎯ Part 5: Noise management

The initiative to prepare a standard on impulse noise from shooting ranges was taken by AFEMS, the

Association of European Manufacturers of Sporting Ammunition, in April 1996, by the submission of a formal

proposal to CEN. After consultation in CEN in 1998, CEN/TC 211, Acoustics, asked ISO/TC 43/SC 1, Noise,

to prepare the ISO 17201 series.
iv © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 17201-4:2006(E)
Introduction

Shooting sound consists in general of three components: muzzle sound, impact sound and projectile sound.

This part of ISO 17201 deals solely with projectile sound, which only occurs if the projectile moves with

supersonic speed.

It specifies a method for calculating the source sound exposure level of projectile sound. It also gives

guidelines for calculating the propagation of projectile sound as far as it deviates from the propagation of

sound from other sources.

Projectile sound is described as originating from a certain point on the projectile trajectory, the “source point”.

The sound source exposure level is calculated from the geometric properties and the speed of the projectile

along the trajectory. As a result of non-linear effects, the frequency content of the projectile sound exposure

depends on the distance from the source point. This is taken into account. Guidance is given on how the

sound exposure level can be calculated from the sound exposure level at the receiver location, taking into

account geometrical attenuation, attenuation due to the non-linear effects, and atmospheric absorption. In

addition, the effects on the sound exposure level of the decrease of the projectile speed and of atmospheric

turbulence are taken into account.

Projectile sound exposure levels are significant compared to the muzzle sound exposure level in a restricted

region, the Mach region (region II — see Clause 4). Outside this region only diffracted or scattered projectile

sound is received, with considerably lower levels than in the Mach region. Projectile sound behind the Mach

region (region I) is negligible compared to muzzle sound. In this part of ISO 17201, a computational scheme

for the levels in regions II and III is provided. In the bibliographical reference [2], measurements and

calculations were compared for a set of calibres and distances, i.e. from the source point to the receiver

location. For this set, there is a slight tendency of an overestimation of the projectile sound: on average 1,8 dB,

A-weighted.
© ISO 2006 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17201-4:2006(E)
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 4:
Prediction of projectile sound
1 Scope

This part of ISO 17201 provides a computational model for determining the acoustical source level of

projectile sound and its one-third-octave-band spectrum, expressed as the sound exposure level for nominal

mid-band frequencies from 12,5 Hz to 10 kHz. It also gives guidance on how to use this source level to

calculate the sound exposure level at a receiver position.

This part of ISO 17201 is intended for calibres of less than 20 mm, but can also be applied for large calibres.

Additionally, the data can be used to compare sound emission from different types of ammunition used with

the same weapon. This part of ISO 17201 is meant for weapons used in civil shooting ranges, but is also

applicable to military weapons.

The computational method can be used as a basis for environmental noise assessment studies. The

prediction method applies to outdoor conditions, straight projectile trajectories, and streamlined projectile

shapes. Because of the latter, it cannot be applied to pellets. Default values of parameters used in this part of

ISO 17201 are given for a temperature of 10 °C, 80 % relative humidity, and a pressure of 1 013 hPa.

Annex A can be used for calculations in other atmospheric conditions. Particularly for calibres < 20 mm, the

spectrum is dominated by high frequency components. As air absorption is rather high for these frequency

components, calculations are performed in one-third-octave-bands, in order to allow a more accurate result for

air absorption to be obtained.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 9613-2, Acoustics — Attenuation of sound during propagation outdoors — Part 2: General method of

calculation

ISO 17201-1, Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 1: Determination of muzzle blast by

measurement

Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM). BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML,

first edition, 1993, corrected and reprinted in 1995.
© ISO 2006 – All rights reserved 1
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ISO 17201-4:2006(E)
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 17201-1 and the following apply.

3.1
streamlined projectile

body of revolution of which the first derivative of the cross-sectional area A(x) at a distance x behind the nose

of the body is continuous for 0 u x < l
NOTE For the definition of effective projectile length, l , see 3.2.
3.2
effective projectile length

distance between the nose and the cross-section with the maximum diameter of the projectile

See Figure 1.

NOTE The effective length of the projectile is measured along the length-axis of the projectile and is expressed in

metres (m).
Key
l effective projectile length (m)
d maximum diameter of projectile (m)
Figure 1 — Effective projectile length
3.3
N-wave

sound pressure having a variation with time described by a sudden initial increase to a maximum followed by

a linear decay to a minimum and ending with a sudden increase to the initial sound pressure

See Figure 2.
Key
t time
p sound pressure
Figure 2 — Assumed N-shaped waveform for sound of supersonic projectile
at 1 m from source point on projectile’s trajectory
2 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 17201-4:2006(E)
3.4
duration time
time between two pressure increases of the N-wave
NOTE 1 The duration time is expressed in seconds (s).

NOTE 2 Resulting from the non-linear acoustic effects, T , for the N-wave along the sound path will change.

3.5
characteristic frequency
inverse of the duration time, T
f =
NOTE The characteristic frequency is expressed in Hertz (Hz).
3.6
coordinate system (x, y)

plane co-ordinate system describing geometry, where the x-axis denotes the line of fire with x = 0 at the

muzzle, and the y-axis measures the perpendicular distance from the line of fire in any plane around the line

of fire

NOTE 1 The sound field of projectile sound is rotational symmetric around the line of fire.

NOTE 2 The co-ordinates are given in metres (m).
3.7
coherence distance
coh

distance between the source point on the trajectory and a receiver beyond which the contribution of different

parts of the trajectory are incoherent due to atmospheric turbulence
NOTE The coherence distance is expressed in metres (m).
3.8
Mach number
ratio of projectile speed to local sound speed
3.9
source sound exposure level
E,s
sound exposure level expected at a distance of 1 m from the source point
NOTE 1 The source sound exposure level is expressed in decibels (dB).

NOTE 2 The reference distance of 1 m is “measured” in the direction of the receiver and not perpendicular to the

trajectory.
3.10
source point

point where a line from the receiver perpendicular to the wave front intersects the projectile trajectory

NOTE In this part of ISO 17201, the source point is used to represent the trajectory that in principle is a line source

[see Equation (4)].
© ISO 2006 – All rights reserved 3
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ISO 17201-4:2006(E)
3.11
projectile launch speed
speed of the projectile at the muzzle
NOTE The muzzle velocity is expressed in metres per second (m/s).
3.12
projectile speed
speed of the projectile along the trajectory
NOTE 1 The projectile speed is expressed in metres per second (m/s).

NOTE 2 Published data on the projectile speed as a function of distance refer to air density at sea level. For other

elevations above sea level, changes of density could have to be taken into account.

3.13
end speed

speed of the projectile as it hits the target or at the trajectory point where the Mach number is reduced to 1,01

NOTE The end speed is expressed in metres per second (m/s).
3.14
reference sound speed
adiabatic sound speed averaged over a period of at least 10 min
NOTE The reference sound speed is expressed in metres per second (m/s).
3.15
fluctuating effective sound speed

sum of the instantaneous adiabatic sound speed and the instantaneous horizontal wind velocity component in

the direction of the sound propagation

NOTE The fluctuating effective sound speed is expressed in metres per second (m/s).

3.16
standard deviation of the fluctuating acoustical index of refraction

standard deviation of the ratio of the reference sound speed to the fluctuating effective sound speed

2 –5

NOTE In accordance with [5], a value of µ = 10 is used within the context of this part of ISO 17201 [see

Equation (12)].
3.17
projectile speed change

local change of projectile speed along the trajectory per length unit of trajectory

NOTE 1 The speed change is expressed in reciprocal seconds [(m/s ⋅ m) = 1/s].
NOTE 2 It is negative for non-self-propelled projectiles.
4 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 17201-4:2006(E)
4 Regions

The wave front originating from the nose of the projectile has the shape of a cone (see Figure 3). The

projectile speed decreases along the projectile trajectory. As a consequence, the wave front is curved. Three

regions (I, II and III) are distinguished (see Figure 3). In regions I and III considerably lower sound exposure

levels occur compared to those in region II. In this part of ISO 17201, a computational scheme for the sound

exposure levels in regions II and III is provided. The levels in region I are negligible in comparison to the

muzzle blast. The projectile speed is locally approximated by a linear function of the distance x along the

projectile trajectory, according to Equation (1):
vx=+v κx (1)
( )
pp0

The boundaries of region II are described with the angles ξ and ξ , shown in Figure 3. These angles are

0 e
given by Equation (2):
⎛⎞ ⎛⎞
am am
ξξ==arccos⎜⎟ and arccos⎜⎟ (2)
⎜⎟ ⎜⎟
p0 pe
⎝⎠ ⎝⎠
where

v is the projectile speed at the end of the trajectory, in metres per second (m/s);

c is the speed of sound in metres per second (m/s).
Key
1 weapon
2 source point
3 projectile trajectory
4 wavefront
5 target
6 projectile
7 receiver
Figure 3 — The three regions for describing the sound of a projectile
© ISO 2006 – All rights reserved 5
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ISO 17201-4:2006(E)

The speed of sound is a function of the absolute temperature of the ambient air, T , in Kelvin and is given by

Equation (3):
1/ 2
cc= T T (3)
am ref am ref
where
T = 283,15 K (10 °C);
ref
c = 337,6 m/s (the speed of sound at T ).
ref ref

When the projectile speed along the trajectory decreases below the speed of sound, the angle ξ becomes

zero; the region III vanishes in this case. The “target” is then replaced by the trajectory point where the Mach

number is reduced to 1,01.
5 Source description
5.1 Source point

The position of the source point (x , 0) for receivers in region II can be determined by iterative methods. For

straight trajectories this can be determined with the use of Equation (4). A co-ordinate system (x, y) is used,

with the x axis along the projectile trajectory and the origin at the muzzle, according to Equation (4):

xx−⋅v+κκx+c ⋅v+ x−c =c y
() ( )
sp0 s am p0 s am am
(4)
cv−
am p0
with 0< where (x, y) is the position of the receiver.

In the case that the calculated source point lies beyond the target or for receivers in region III, the source

point is set at the target position.
5.2 Source sound exposure level

The (broadband) source sound exposure level, L , expressed in decibels, is given by the geometric

E,s,bb
[4]

properties of the projectile and its speed at the source point , according to Equation (5):

⎛⎞ 94
d ⎢⎥
p M
LL=+10 lg dB+ 10 lg dB (5)
E,s,bb 0
34 9/4 3 4
⎝⎠ M −1
where
L [re (20 µPa) s] = 161,9 dB (see A.2);

M = v/c the local Mach number of the projectile at the source point with the projectile speed

determined from Equation (1) and the speed of sound from Equation (3) for the

ambient air temperature applicable to the prediction of the sound source exposure

level for the projectile;
r = 1 m.
6 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 17201-4:2006(E)

In principle, the total length of the projectile can be used instead of the effective length to calculate the

(broadband) sound exposure level, but — to be consistent — then the total length should also be used to

calculate the shape factor K and from this the constant L (see Annex A).

When the Mach number approaches unity, the third term in Equation (5) becomes undeterminable. Therefore,

a lower limit of M = 1,01 is used in these expressions.

The spectrum of the projectile sound can be calculated as the Fourier transform of the N-wave. The one-third-

octave-band spectrum of the sound exposure level at a receiver position is assumed to have a single

characteristic frequency, f , determined in hertz, according to Equation (6), with spectral roll-offs to lower and

higher frequencies:
M −1
() l
ff= (6)
34 14
where
r is the distance from the source point to the receiver in metres (m);
f is the reference frequency, equal to 175,2 Hz at 10 °C (see A.3).

NOTE Equation (6) shows that the characteristic frequency, f , decreases as distance, r, increases. This is a

consequence of pulse broadening due to non-linear effects.

Over the range of nominal mid-band frequencies, f , from 12,5 Hz to 10 kHz for standard one-third-octave-

band filters, and with the characteristic frequency, f , calculated according to Equation (6), the one-third-

octave-band spectrum of the sound source exposure level is given by Equation (7):

Lf=+L C−C (7)
Ei,s E,s,bb i tot
where
Cf=+2,5 db 28 lg dB if < 0,65f (8)
ii c
⎝⎠c
Cf=−5,0 dB − 12 lg dB if W 0,65f (9)
ii c
C 10
C = 10 lg 10 dB (10)
tot ∑
i=11
and where
i/10

f = 10 Hz, is the nominal mid-band frequency of the one-third-octave band (12,5 Hz to 10 kHz,

i = 11 represents a mid-band frequency of 12,5 Hz, and i = 40 represents a mid-ban

...

NORME ISO
INTERNATIONALE 17201-4
Première édition
2006-04-01
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 4:
Estimation du bruit du projectile
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 4: Prediction of projectile sound
Numéro de référence
ISO 17201-4:2006(F)
ISO 2006
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 17201-4:2006(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 17201-4:2006(F)
Sommaire Page

Avant-propos..................................................................................................................................................... iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Domaine d'application.......................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................ 1

3 Termes et définitions............................................................................................................................ 2

4 Régions.................................................................................................................................................. 5

5 Description de la source ...................................................................................................................... 6

5.1 Point d'émission ................................................................................................................................... 6

5.2 Niveau d'exposition sonore d'émission ............................................................................................. 6

6 Lignes directrices pour le calcul des niveaux d'exposition sonore à l'emplacement des

récepteurs.............................................................................................................................................. 8

6.1 Équation de base .................................................................................................................................. 8

6.2 Calcul des termes d'atténuation.......................................................................................................... 8

7 Incertitude sur la description de la source et la propagation ........................................................ 12

Annexe A (informative) Détermination des constantes et prise en compte des effets de barrière et

d'autres effets...................................................................................................................................... 13

Annexe B (informative) Lignes directrices pour exprimer l'incertitude de la prévision ........................... 17

Bibliographie .................................................................................................................................................... 19

© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 17201-4:2006(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 17201-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit.

L'ISO 17201 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Acoustique — Bruit des stands

de tir:
⎯ Partie 1: Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche

⎯ Partie 2: Estimation de la détonation à la bouche et du bruit du projectile par calcul

⎯ Partie 4: Estimation du bruit du projectile
Les parties suivantes sont en préparation:
⎯ Partie 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation sonore
⎯ Partie 5: Gestion du bruit

L'initiative d'élaborer une norme sur le bruit impulsionnel des stands de tir a été prise par l'AFEMS

(Association of European Manufacturers of Sporting Ammunition, l'association des fabricants européens de

munitions pour le tir sportif), en avril 1996, sous la forme d'une proposition formelle au CEN (le

document CEN 1085 y fait référence). Après consultation du CEN en 1998, le CEN/TC 211, Acoustique, a

demandé à l'ISO/TC 43/SC 1, Bruit, d'élaborer la Norme internationale ISO 17201.
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 17201-4:2006(F)
Introduction

Le bruit d'un tir comprend en général trois composantes: le bruit au niveau de la bouche, le bruit de l'impact et

le bruit du projectile. La présente partie de l'ISO 17201 traite uniquement du bruit du projectile, qui n'intervient

que si le projectile se déplace à une vitesse supersonique.

La présente partie de l'ISO 17201 spécifie une méthode qui permet de calculer le niveau d'exposition sonore

d'émission du bruit du projectile. Elle donne également des lignes directrices pour le calcul de la propagation

du bruit du projectile dans la mesure où celle-ci diffère de la propagation du bruit provenant d'autres sources.

Le bruit du projectile provient d'un point donné de la trajectoire du projectile, appelé «point d'émission». Le

niveau d'exposition sonore d'émission est calculé d'après les propriétés géométriques et la vitesse du

projectile le long de la trajectoire. Du fait des effets non linéaires, le contenu fréquentiel de l'exposition sonore

du projectile dépend de la distance par rapport au point d'émission. Ce phénomène est pris en compte ici.

Des lignes directrices sont données sur le mode de calcul du niveau d'exposition sonore d'après le niveau

d'exposition sonore à l'emplacement du récepteur, en tenant compte de l'atténuation géométrique, de

l'atténuation due aux effets non linéaires et de l'absorption atmosphérique. De même, les effets sur le niveau

d'exposition sonore de la diminution de la vitesse du projectile et de la turbulence atmosphérique sont pris en

compte.

Les niveaux d'exposition sonore du projectile ne sont significatifs, comparés au niveau d'exposition sonore au

niveau de la bouche, que dans une région limitée, à savoir la région de Mach (région II — voir Article 4). En

dehors de cette région, seul le bruit diffracté ou diffusé du projectile est reçu, avec des niveaux sensiblement

inférieurs à ceux observés dans la région de Mach. Le bruit du projectile au-delà de la région de Mach

(région I — voir Article 4) est négligeable, comparé au bruit à la bouche. La présente partie de l'ISO 17201

fournit un plan de calcul des niveaux des régions II et III. Dans la Référence [2], des mesurages et des

calculs ont été comparés pour un ensemble de calibres et de distances, à savoir entre le point d'émission et

l'emplacement du récepteur. Cet ensemble présente une légère tendance à la surestimation du bruit du

projectile; en moyenne, il est égal à 1,8 dB, pondéré A.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17201-4:2006(F)
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 4:
Estimation du bruit du projectile
1 Domaine d'application

La présente partie de l'ISO 17201 fournit un modèle de calcul permettant de déterminer le niveau d'émission

acoustique du bruit du projectile et son spectre de tiers d'octave exprimé en tant que niveau d'exposition

sonore pour des fréquences nominales à mi-bande comprises entre 12,5 Hz et 10 kHz. Elle donne également

des lignes directrices sur la manière d'utiliser ce niveau d'émission pour calculer le niveau d'exposition sonore

à l'emplacement du récepteur.

La présente partie de l'ISO 17201 traite des calibres de moins de 20 mm, mais elle est également applicable

à de plus gros calibres. Par ailleurs, les données peuvent permettre de comparer l'émission sonore de

différents types de munitions utilisés avec la même arme. La présente partie de l'ISO 17201 est destinée aux

armes utilisées dans les stands de tir civils mais peut également s'appliquer aux armes militaires.

La méthode de calcul peut servir de base pour les travaux d'évaluation du bruit environnemental. Elle

s'applique à des conditions extérieures, à des trajectoires de projectile rectilignes et à des formes de projectile

aérodynamiques. Pour cette dernière raison, elle n'est pas applicable à la grenaille. Les valeurs par défaut

des paramètres utilisés dans la présente partie de l'ISO 17201 sont données pour une température de 10 °C,

une humidité relative de 80 % et une pression de 1 013 hPa. L'Annexe A peut être utilisée pour des calculs

dans d'autres conditions atmosphériques. En particulier pour les calibres < 20 mm, le spectre est dominé par

des composantes haute fréquence. Dans la mesure où l'absorption par l'air est plutôt élevée pour ces

composantes de fréquence, les calculs sont effectués dans des bandes de tiers d'octave afin d'obtenir un

résultat plus précis pour l'absorption par l'air.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 9613-2, Acoustique — Atténuation du son lors de sa propagation à l'air libre — Partie 2: Méthode

générale de calcul

ISO 17201-1, Acoustique — Bruit des stands de tir — Partie 1: Mesurage de l'énergie sonore en sortie de

bouche

Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure (GUM), BIPM, CEI, FICC, ISO, OIML, UICPA, UIPPA

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ISO 17201-4:2006(F)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 17201-1 ainsi que les

suivants s'appliquent.
3.1
projectile aérodynamique

corps de révolution dont la première dérivée de la section transversale, A(x), à une distance x derrière le nez

du corps est continue pour 0 u x < l
NOTE Pour une définition de l , la longueur effective du projectile, voir 3.2.
3.2
longueur effective du projectile

distance entre le nez du projectile et la section transversale présentant le plus grand diamètre

Voir Figure 1.

NOTE La longueur effective du projectile est mesurée le long de l'axe longitudinal du projectile et est exprimée en

mètres (m).
Légende
l longueur effective du projectile (m)
d diamètre maximal du projectile (m)
Figure 1 — Longueur effective du projectile
3.3
onde en N

pression acoustique subissant une variation en fonction du temps caractérisée par une brusque augmentation

initiale jusqu'à une valeur maximale, suivie d'une décroissance linéaire jusqu'à une valeur minimale, et se

terminant par une brusque augmentation pour revenir à la pression acoustique initiale

Voir Figure 2.
Légende
t temps
P pression acoustique
Figure 2 — Onde en N du bruit d'un projectile supersonique
à 1 m du point d'émission sur la trajectoire du projectile
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ISO 17201-4:2006(F)
3.4
durée
durée mesurée entre deux augmentations de pression de l'onde en N
NOTE 1 La durée est exprimée en secondes (s).

NOTE 2 Du fait des effets acoustiques non linéaires, la durée, T , de l'onde en N le long du trajet du son variera.

3.5
fréquence caractéristique
inverse de la durée, T
f =
NOTE La fréquence caractéristique est exprimée en hertz (Hz).
3.6
système de coordonnées (x, y)

système de coordonnées plan servant à décrire la géométrie, où l'axe des abscisses (x) correspond à la ligne

de tir, avec x = 0 au niveau de la bouche, et l'axe des ordonnées (y) mesure la distance perpendiculaire par

rapport à la ligne de tir, dans n'importe quel plan autour de la ligne de tir

NOTE 1 Le champ acoustique du bruit du projectile présente une symétrie de révolution autour de la ligne de tir.

NOTE 2 Les coordonnées sont données en mètres (m).
3.7
distance de cohérence
coh

distance entre le point d'émission sur la trajectoire et un récepteur, au-delà de laquelle la contribution des

différentes parties de la trajectoire devient incohérente en raison de la turbulence atmosphérique

NOTE La distance de cohérence est exprimée en mètres (m).
3.8
nombre de Mach
rapport de la vitesse du projectile sur la vitesse locale du son
3.9
niveau d'exposition sonore d'émission
E,s
niveau d'exposition sonore attendu à 1 m du point d'émission
NOTE 1 Le niveau d'exposition sonore d'émission est exprimé en décibels (dB).

NOTE 2 La distance de référence de 1 m est «mesurée» dans la direction du récepteur et non perpendiculairement à

la trajectoire.
3.10
point d'émission

point d'intersection entre une droite partant du récepteur, perpendiculaire au front de l'onde, et la trajectoire du

projectile

NOTE Dans la présente partie de l'ISO 17201, ce point est utilisé pour représenter la trajectoire qui, en principe, est

une source linéaire [voir l'Équation (4)].
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ISO 17201-4:2006(F)
3.11
vitesse de lancement du projectile
vitesse du projectile au niveau de la bouche

NOTE La vitesse de lancement du projectile est exprimée en mètres par seconde (m/s).

3.12
vitesse du projectile
vitesse du projectile le long de la trajectoire
NOTE 1 La vitesse du projectile est exprimée en mètres par seconde (m/s).

NOTE 2 Les données publiées sur la vitesse du projectile en tant que fonction de la distance font référence à la masse

volumique de l'air au niveau de la mer. Pour d'autres altitudes au-dessus du niveau de la mer, les variations de masse

volumique peuvent être prises en compte.
3.13
vitesse finale du projectile

vitesse du projectile quand il frappe la cible ou au point de la trajectoire où le nombre de Mach est réduit

à 1,01
NOTE La vitesse finale du projectile est exprimée en mètres par seconde (m/s).
3.14
vitesse de référence du son
vitesse adiabatique du son, moyennée sur une période d'au moins dix minutes
NOTE La vitesse de référence du son est exprimée en mètres par seconde (m/s).
3.15
vitesse effective fluctuante du son

somme de la vitesse adiabatique instantanée du son et de la composante horizontale instantanée du vecteur

vent dans la direction de propagation du son

NOTE La vitesse effective fluctuante du son est exprimée en mètres par seconde (m/s).

3.16
écart-type de l'indice de réfraction acoustique fluctuant

écart-type du rapport de la vitesse de référence du son sur la vitesse effective fluctuante du son

2 –5

NOTE En accord avec la Référence [5], une valeur de µ = 10 est utilisée dans le contexte de la présente partie

de l'ISO 17201 [voir l'Équation (12)].
3.17
variation de la vitesse du projectile

variation locale de la vitesse du projectile le long de la trajectoire par unité de longueur de trajectoire

NOTE 1 La variation de la vitesse est exprimée en secondes inverses (1/s).

NOTE 2 La variation de la vitesse est négative pour les projectiles non autopropulsés.

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ISO 17201-4:2006(F)
4 Régions

Le front de l'onde prenant naissance au nez du projectile a la forme d'un cône (voir la Figure 3). La vitesse du

projectile décroît le long de la trajectoire du projectile, raison pour laquelle le front de l'onde est incurvé. Trois

régions (I, II et III) peuvent être distinguées (voir la Figure 3). Dans les régions I et III, on observe des

niveaux d'exposition sonore nettement plus bas que dans la région II. La présente partie de l'ISO 17201

fournit un plan de calcul des niveaux d'exposition sonore dans les régions II et III. Les niveaux de la région I

sont négligeables en comparaison avec le bruit à la bouche.

La vitesse du projectile est approximée localement par une fonction linéaire de la distance x le long de la

trajectoire du projectile, selon l'Équation (1):
v (x) = v + κ x (1)
p p0
v est la vitesse de lancement du projectile, en mètres par seconde (m/s);
κ est la variation de la vitesse, en secondes inverses (1/s).

Les limites de la région II sont décrites par les angles ξ et ξ , représentés à la Figure 3. Ces angles sont

0 e
donnés par les Équations (2):
⎛⎞ ⎛ ⎞
am am
ξξ==arccos⎜⎟ et arccos⎜ ⎟ (2)
⎜⎟ ⎜ ⎟
p0 pe
⎝⎠ ⎝ ⎠

v est la vitesse du projectile à l'extrémité de la trajectoire, en mètres par seconde (m/s);

c est la vitesse du son, en mètres par seconde (m/s).
Légende
1 arme
2 point d'émission
3 trajectoire du projectile
4 front de l'onde
5 cible
6 projectile
7 récepteur

Figure 3 — Les trois régions, I, II et III, permettant de décrire le bruit d'un projectile

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ISO 17201-4:2006(F)

La vitesse du son est fonction de la température absolue de l'air ambiant, T , en Kelvin, et est obtenue par

l'Équation (3):
cc= T T (3)
am réf am réf
T = 283,15 K (10 °C);
réf
c = 337,6 m/s, est la vitesse du son à T .
réf réf

Lorsque la vitesse du projectile le long de la trajectoire décroît au-dessous de la vitesse du son, l'angle ξ

devient égal à zéro; dans ce cas, la région III disparaît. La «cible» est alors remplacée par le point de la

trajectoire où le nombre de Mach est réduit à 1,01.
5 Description de la source
5.1 Point d'émission

La position du point d'émission (x , 0) pour les récepteurs de la région II peut être déterminée par des

méthodes itératives. Pour des trajectoires rectilignes, elle peut être déterminée à l'aide de l'Équation (4). Un

système de coordonnées (x, y) est utilisé, avec l'axe x le long de la trajectoire du projectile et l'origine au

niveau de la bouche.
xx−⋅v+κκx+c ⋅v+ x−c =c y
() ( )
sp0 s am p0 s am am
(4)
cv−
am p0
avec 0< où x, y sont les coordonnées du récepteur.

Dans le cas où le point d'émission calculé se trouve au-delà de la cible ou, pour les récepteurs, dans la

région III, le point d'émission est défini à l'emplacement de la cible.
5.2 Niveau d'exposition sonore d'émission

Le niveau d'exposition sonore d'émission (en bande large), L , en décibels, est donné par les propriétés

E,s,bb

géométriques du projectile et sa vitesse au point d'émission (voir la Référence [4]), selon l'Équation (5):

⎛⎞ 94
d ⎢⎥
LL=+10 lg dB+10 lg dB (5)
E,s,bb 0
34 9/4 34
lr 2
⎝⎠ M −1
L [re(20 µPa) s] = 161,9 dB; voir A.2;

M = v /c est le nombre de Mach local du projectile au point d'émission, avec la vitesse du

p am

projectile déterminée d'après l'Équation (1) et la vitesse du son d'après l'Équation (3),

pour la température de l'air ambiant applicable à l'estimation du niveau d'exposition

sonore d'émission du projectile;
r = 1 m.
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ISO 17201-4:2006(F)

En principe, la longueur totale du projectile peut être utilisée à la place de la longueur effective pour calculer le

niveau d'exposition sonore (en bande large) mais, dans un souci de cohérence, il convient que la longueur

totale soit également utilisée pour calculer le facteur de forme K et, d'après ce résultat, obtenir la constante L

(voir l'Annexe A).

Lorsque le nombre de Mach est proche de 1, le troisième terme de l'Équation (5) ne peut plus être déterminé.

Par conséquent, une limite inférieure de M = 1,01 est utilisée dans ces expressions.

Le spectre du son du projectile peut être calculé comme la transformation de Fourier de l'onde en N. Le

spectre de tiers d'octave du niveau d'exposition sonore à l'emplacement d'un récepteur est supposé présenter

une fréquence caractéristique unique, f , exprimée en hertz (Hz) et déterminée d'après l'Équation (6), avec

des décroissances spectrales vers les fréquences inférieures et supérieures:
M −1
() l
ff = (6)
34 14
M r
r est la distance entre le point d'émission et le récepteur, en mètres;
f est la fréquence de référence, égale à 175,2 Hz à 10 °C (voir A.3).

NOTE L'Équation (6) montre que la fréquence caractéristique, f , diminue lorsque la distance, r, augmente. C'est la

conséquence de l'élargissement d'impulsion dû aux effets non linéaires.

Dans la gamme de fréquences nominales à mi-bande, f , comprises entre 12,5 Hz et 10 kHz pour des filtres

de tiers d'octave standard, et avec la fréquence caractéristique, f , calculée d'après l'Équation (6), le spectre

de tiers d'octave du niveau d'exposition sonore d'émission est donné par l'Équation (7):

L (f )=+L C− C (7)
Ei,s E,s,bb i tot
⎛⎞f
Cf=+2,5 dB 28 lg dB si < 0,65 f (8)
ii c
⎝⎠c
⎛⎞f
Cf=−5,0 dB − 12 lg dB si W 0,65 f (9)
ii c
⎝⎠c
C 10
C = 10 lg 10 dB (10)
tot ∑
i=11
et où
i/10

f = 10 Hz, est la fréquence nominale à mi-bande de la bande de tiers d'octave (12,5 Hz à

10 kHz; i = 11 représente une fréquence à mi-bande de 12,5 Hz et i = 40 représente une fréquence

à mi-bande de 10 kHz).
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ISO 17201-4:2006(F)
6 Lignes directrices pour le calcul des niveaux d'exposition sonore à
l'emplacement des récepteurs
6.1 Équation de base

Le spectre de tiers d'octave du niveau d'exposition sonore, L (f ), au point de réception doit tenir compte de

E,r i

l'atténuation causée par différents facteurs qui réduisent l'amplitude du son lorsqu'il se propage, sur le trajet,

entre la distance de référence de 1 m et l'emplacement du récepteur à la distance r. L'Équation (11) tient

compte des principaux facteurs devant être considérés.
L ()f=−L ()fA−A−A ()fA− ()f (11)
E,riE,si div nlin atmi excessi

L (f ) est le niveau d'exposition sonore d'émission de tiers d'octave à la fréquence nominale à mi-

E,s i

bande, f, et à la distance de référence de 1 m du point d'émission [voir l'Équation (7)],

exprimé en décibels;

A est l'atténuation du niveau du son dans un champ libre de réflexions et résultant de la

div

divergence de la zone géométrique du front de l'onde, à mesure que la distance augmente

par rapport à la distance de référence de 1 m, exprimée en décibels;

A est l'atténuation engendrée par les effets non linéaires associés à la grande amplitude

nlin

initiale du son du projectile à proximité du point d'émission, exprimée en décibels;

A (f ) est l'atténuation causée par les processus d'absorption dans l'atmosphère à mesure que le

atm i

son se propage, sur le trajet, entre la distance de référence de 1 m et l'emplacement du

récepteur, exprimée en décibels;

A (f ) est l'atténuation supplémentaire qui inclut des pertes dues à l'interaction avec le sol, à la

excess i

réfraction atmosphérique et à la protection par une barrière, exprimée en décibels.

NOTE Lorsque le bruit du projectile se propage de la distance de référence de 1 m vers un récepteur placé à la

distance r, l'atténuation inclut des pertes résultant de l'interaction de l'onde sonore avec la surface du sol, de la réfraction

ou de la courbure du trajet du son engendrées par les gradients sur le profil vertical de la vitesse du son dans l'air, et de la

protection par une barrière. L'ISO 9613-2 donne des lignes directrices sur les procédures appropriées permettant de tenir

compte des termes d'atténuation supplémentaires dans l'estimation du bruit du projectile. Des lignes directrices sont

données en A.4 pour l'approximation de l'effet de barrière.
6.2 Calcul des termes d'atténuation
6.2.1 Atténuation géométrique

Pour le calcul de l'atténuation géométrique, A , on fait la distinction entre les emplacements des récepteurs

div

dans les régions II et III. Dans la région II, l'atténuation géométrique varie entre 10 lg (r/r ) dB et 25 lg (r/r ) dB,

0 0

où r est la distance entre le point d'émission et le récepteur, et elle résulte des deux effets suivants:

a) l'effet de la diminution de la vitesse du projectile le long de la trajectoire;

b) l'effet de la turbulence atmosphérique.

À de faibles distances, le premier effet est dominant. Après une certaine distance de cohérence (R ), le

coh

second effet est dominant. À des distances supérieures à 10 km du point d'émission sur la trajectoire du

projectile, l'atténuation s'approche de la limite sphérique de 20 lg (r/r ) (voir la Référence [5]).

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La distance de cohérence, R , en mètres, est obtenue d'après l'Équation (12):
coh
13/
⎡⎤3
ll M −1
0t()
( Ml−1) ()/2
1 2
⎪⎪t
R,= min (12)
coh
222
Mc /f M µ
am c 0

l est la longueur totale de la trajectoire telle qu'elle est calculée pour l'Équation (12), soit jusqu'à la

cible, soit jusqu'au point auquel le nombre de Mach local est descendu à 1,01, exprimée en

mètres;
l = 1,1 m; voir la Référence [5];
2 –5
µ = 10 ;
M est le nombre de Mach local au point d'émission;

c est la vitesse du son à la température étudiée de l'air ambiant [voir l'Équation (3)], exprimée en

mètres par seconde (m/s).

L'atténuation géométrique pour la région II est donnée par les Équations (13) et (14):

rk+−r M 1
( )
A = 10 lg dB pour r < R (13)
div,II coh
rk+−r M 1
00()
Rk+−R M 1
coh coh()
A=+10 lg dB 25 lg dB pour r W R (14)
div,II coh
rk+−r M 1 ⎝⎠coh
k = – κ /c ;
r = 1 m.

Dans la région III, à l'avant de l'arme, l'atténuation géométrique du bruit du projectile est approximée par la

somme de deux termes, selon l'Équation (15), avec les distances r et r telles qu'elles sont représentées à la

1 2
Figure 4:
maxrR,
() r
==( )+ 20 lg dB avec = 2+ (15)
AA rr ⎢⎥ R
div,III div,II 1 0
R 100
⎢⎥0

Le premier terme à droite de l'Équation (15) est l'atténuation géométrique calculée d'après les Équations (13)

ou (14), selon le cas, pour un emplacement situé à la limite entre les régions II et III et à une distance r qui

est la plus proche possible de l'emplacement du récepteur dans la région III. La contribution supplémentaire

du second terme dépend de la distance r ; voir la Figure 4.
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Légende
1 arme
2 trajectoire du projectile
3 cible
4 récepteur
5 front d'onde

Figure 4 — Distances à prendre en compte pour un récepteur situé dans la région III

6.2.2 Atténuation non linéaire

Pour les récepteurs de la région ΙΙ, l'atténuation, en décibels, due à la propagation non linéaire de l'onde est

obtenue par l'Équation (16):
⎡⎤2 2
MM−− 1 1
rr++ +r
M −1⎢⎥
( )
() 2kk
A=+5lg 1 1 + ×ln dB (16)
nlin
2 rk 22
0 2
⎪⎪MM −−1
...

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