Qu'est-ce que la puissance acoustique et la pression acoustique (dB) d'un moteur électrique ?

Lorsque l'on évalue le bruit d'un moteur électrique, deux notions reviennent fréquemment dans les catalogues et sur les plaques signalétiques : la puissance acoustique et la pression acoustique. Souvent confondues, ces deux grandeurs expriment en réalité des choses très différentes et utiliser l'une à la place de l'autre conduit à des erreurs graves. Dire qu'un moteur est à « 65 dB » n'a aucun sens si l'on ne précise pas s'il s'agit de la puissance acoustique ou de la pression acoustique. Dans cet article, nous traitons la différence entre la puissance acoustique (Lw) et la pression acoustique (Lp), l'effet de la distance, la valeur donnée dans le catalogue et ce qui peut être fait pour réduire le bruit du moteur. Pour les méthodes de réduction du bruit et des vibrations, réduction du bruit et des vibrations des moteurs électriques notre article est le complément pratique de ce sujet.

Qu'est-ce que la puissance acoustique et la pression acoustique ?

La puissance acoustique (Lw) est l'énergie acoustique totale rayonnée par une source en une seconde ; c'est une caractéristique propre à la source, indépendante de la distance. La pression acoustique (Lp) est l'amplitude de la fluctuation de pression dans l'air en un point donné et elle varie selon la distance, le milieu et les réflexions. En bref, la puissance acoustique indique à quel point la source est « puissante », tandis que la pression acoustique indique à quel point nous l'« entendons » fort en un endroit donné.

La différence fondamentale entre les deux

La différence la plus importante est la suivante : la puissance acoustique est une caractéristique constante de la source, alors que la pression acoustique dépend de l'emplacement. Le même moteur donne une pression acoustique différente selon qu'il est mesuré dans une pièce silencieuse ou dans un hall réverbérant ; mais sa puissance acoustique est identique dans les deux cas. C'est pourquoi on utilise la puissance acoustique pour comparer les moteurs et la pression acoustique pour évaluer la gêne en un emplacement donné.

Comprendre par une analogie

La différence entre puissance acoustique et pression acoustique ressemble à la différence entre la puissance d'un radiateur (watt) et la température en un point (degré). La valeur en watts du radiateur est constante ; mais la température dans la pièce varie selon votre distance au radiateur et l'isolation de la pièce. De la même manière, la puissance acoustique du moteur est constante, mais la pression acoustique que vous entendez en un point donné dépend des conditions.

Qu'est-ce que le décibel (dB) ?

La puissance acoustique comme la pression acoustique s'expriment en décibels (dB) ; c'est là une source importante de confusion. Le décibel est une échelle logarithmique : une augmentation de 6 dB de la pression acoustique correspond au doublement de la pression, tandis qu'une augmentation de 3 dB de la puissance acoustique correspond au doublement de la puissance. Comme l'échelle est logarithmique, les valeurs en dB ne s'additionnent pas directement ; lorsque deux sources de bruit égales sont réunies, le total n'augmente que de 3 dB.

La pondération dB(A)

L'oreille humaine n'entend pas toutes les fréquences de la même façon ; elle est notamment moins sensible aux fréquences très basses et très hautes. C'est pourquoi, dans les mesures de bruit, on applique un filtre qui imite la sensibilité de l'oreille humaine et le résultat est donné en dB(A). Les valeurs de bruit des catalogues de moteurs sont presque toujours pondérées A, c'est-à-dire exprimées en dB(A) ; cette valeur correspond mieux à la gêne perçue par les personnes.

Effet de la distance sur la pression acoustique

La pression acoustique diminue avec la distance. En champ libre (en conditions de champ libre), lorsque la distance à la source double, la pression acoustique baisse d'environ 6 dB. Ainsi, si vous entendez 70 dB(A) à 1 mètre du moteur, vous entendrez environ 64 dB(A) à 2 mètres et environ 58 dB(A) à 4 mètres. C'est pourquoi, lorsqu'une valeur de pression acoustique est donnée, la distance de mesure est toujours précisée.

Effet du milieu (de la réverbération)

Outre la distance, le milieu détermine aussi la pression acoustique. Dans un volume réverbérant aux murs durs, les ondes sonores se réfléchissent sur les surfaces et la pression acoustique s'élève nettement par rapport au champ libre. Le même moteur donne une pression acoustique bien plus faible dans une pièce traitée acoustiquement. La puissance acoustique ne change pas ; ce qui change, c'est la façon dont le milieu absorbe ou réfléchit le son.

Tableau comparatif de la puissance acoustique et de la pression acoustique

Le tableau ci-dessous résume les différences fondamentales entre les deux grandeurs. Savoir quelle valeur est utilisée lors d'une comparaison est la première condition d'une évaluation correcte des moteurs.

Quelle valeur est donnée dans le catalogue ?

Les catalogues de moteurs donnent généralement à la fois la puissance acoustique et la pression acoustique à une distance donnée (le plus souvent 1 mètre). Pour comparer deux moteurs, il est plus juste de regarder la valeur de puissance acoustique, car cette valeur est indépendante des conditions de mesure. Pour estimer le bruit dans un local donné, la pression acoustique et la distance de mesure sont évaluées ensemble.

Lire correctement la valeur inscrite sur la plaque

Lorsque vous entendez qu'un moteur est à « 70 dB », posez immédiatement la question suivante : s'agit-il de la puissance acoustique ou de la pression acoustique ? À quelle distance ? Pondérée A ? Sans ces informations, une valeur en dB seule est incomplète. En comparant les valeurs de deux fabricants différents, il faut s'assurer que tous deux donnent la même grandeur (par exemple la pression acoustique en dB(A) à 1 mètre).

Les sources du bruit d'un moteur

Le bruit d'un moteur asynchrone ne provient pas d'une seule source ; il comporte trois composantes principales : le bruit de ventilation (ventilateur), le bruit mécanique (roulements et déséquilibre) et le bruit électromagnétique (magnétique). La part de ces trois composantes varie selon la vitesse du moteur, sa conception et ses conditions de fonctionnement. Pour réduire le bruit, il faut d'abord comprendre quelle composante est dominante.

Bruit du ventilateur (de la ventilation)

Dans la plupart des moteurs asynchrones standard, la source de bruit la plus dominante est le ventilateur de refroidissement. Le bruit du ventilateur augmente fortement avec la vitesse ; c'est pourquoi les moteurs à vitesse élevée (bipolaires) fonctionnent généralement plus bruyamment que les moteurs à faible vitesse. La conception du ventilateur, le nombre de pales et la forme du capot de ventilateur influent directement sur ce bruit. Les moteurs à faible bruit utilisent des ventilateurs de conception spéciale.

Bruit mécanique (des roulements)

Les roulements, la qualité du palier et l'équilibrage du rotor déterminent le bruit mécanique. Des roulements usés ou insuffisamment lubrifiés augmentent le bruit avec le temps. Un rotor bien équilibré et des roulements de qualité maintiennent à un niveau faible à la fois le bruit et les vibrations. Ces deux phénomènes sont imbriqués ; la vibration est généralement aussi un signe précurseur du bruit.

Bruit électromagnétique (magnétique)

Les forces magnétiques entre le stator et le rotor créent de petites vibrations dans le paquet de tôles, ce qui s'entend comme un bourdonnement. Le bruit magnétique peut augmenter, en particulier dans les moteurs entraînés par variateur de fréquence, en fonction de la fréquence de découpage. Une bonne conception magnétique et un choix approprié de la fréquence de découpage réduisent cette composante.

Relation entre le variateur et le bruit

Le variateur de fréquence influe dans les deux sens sur le bruit du moteur. D'un côté, il réduit le bruit du ventilateur grâce au fonctionnement à faible vitesse ; de l'autre, il peut ajouter un bruit magnétique lié à la fréquence de découpage. Déplacer la fréquence de découpage vers une bande que l'oreille humaine entend moins atténue ce bourdonnement. Pour l'aspect énergétique de la régulation de vitesse, vous pouvez consulter économie d'énergie avec un variateur de fréquence notre article.

Vitesse de rotation et bruit

La vitesse du moteur est l'un des facteurs les plus déterminants du niveau de bruit. Les moteurs à faible vitesse (à grand nombre de pôles) sont généralement plus silencieux, car le bruit du ventilateur et le bruit aérodynamique augmentent rapidement avec la vitesse. S'il est possible de répondre à la même application avec un moteur de vitesse plus faible, cela offre le plus souvent une solution plus silencieuse. Pour la relation entre vitesse, couple et puissance, nombre de pôles et vitesse notre article est utile.

Choix du moteur pour un faible bruit

Dans les applications où le bruit importe, le choix du moteur se fait dès le départ avec l'objectif d'un faible bruit. Une vitesse de rotation adaptée, des roulements de qualité, un rotor bien équilibré et une conception de ventilateur appropriée assurent ensemble un faible bruit. Par ailleurs, un fonctionnement proche de la charge nominale du moteur évite un bruit magnétique inutile. Pour un choix de puissance correct, moteurs de kW élevé et de kW faible vous pouvez consulter notre article.

Surdimensionnement et bruit

Un moteur choisi plus grand que nécessaire fonctionne à charge partielle avec un rendement et un facteur de puissance plus faibles ; il produit en outre un bruit de ventilateur et un bruit magnétique inutiles. Un moteur de puissance correcte est à la fois plus efficace et le plus souvent plus silencieux. Moteur surdimensionné et charge partielle notre article traite de ce sujet.

Montage et isolation des vibrations

La manière dont le moteur est monté influe fortement sur le bruit perçu. Un moteur boulonné directement sur un sol rigide transmet ses vibrations à la structure et cette structure, se comportant comme un haut-parleur, augmente le bruit. Les plots antivibratoires et les liaisons souples coupent cette transmission et réduisent à la fois le bruit et la fatigue structurelle. Nous avons détaillé ces méthodes dans réduction du bruit et des vibrations notre article.

Le bruit dans les applications de pompe et de ventilateur

Dans les systèmes de pompe et de ventilateur, le bruit provient le plus souvent non pas du moteur, mais du fluide lui-même (bruit hydraulique ou aérodynamique). Dans ces systèmes, réduire la vitesse permet à la fois de réaliser une économie d'énergie et de diminuer nettement le bruit. Pour un choix de moteur adapté à l'application, moteur de pompe à eau et moteur de ventilateur et de ventilateur d'extraction vous pouvez consulter nos articles.

Le bruit dans les applications de compresseur

Les compresseurs sont des applications exigeantes sur le plan du bruit, en raison à la fois d'un couple de démarrage élevé et d'une charge fluctuante. Ici, le bruit du moteur s'ajoute au bruit mécanique propre du compresseur. Un choix de moteur correct et une isolation appropriée maintiennent le bruit total à un niveau acceptable. Couple de démarrage des moteurs de compresseur notre article traite de cette application.

Relation entre rendement et bruit

Les moteurs à haut rendement fonctionnent généralement avec moins de pertes, donc avec moins de chaleur et le plus souvent avec un bruit plus faible. La réduction des pertes diminue aussi le bruit du ventilateur et le bruit magnétique. Pour comprendre les pertes des moteurs, pertes de rendement des moteurs électriques et moteurs électriques à haut rendement nos articles sont de bonnes sources.

Le lien avec le facteur de puissance

Même si le bruit ne modifie pas directement le facteur de puissance, un bourdonnement magnétique d'origine harmonique peut signaler à la fois un problème de bruit et des problèmes de qualité de l'énergie. Un moteur bien conçu offre à la fois un faible bruit et un facteur de puissance élevé. Facteur de puissance (cosφ) notre article explique ce sujet.

Gestion du bruit en milieu industriel

Dans les installations industrielles, lorsque de nombreux moteurs fonctionnent ensemble, le bruit total est la somme logarithmique du bruit de chacun des moteurs. C'est pourquoi maintenir faible la puissance acoustique de chaque moteur est critique pour obtenir un environnement silencieux à l'échelle de l'installation. Un choix de moteur correct, une implantation correcte et une isolation appropriée améliorent ensemble le milieu de travail. Moteurs électriques industriels notre article présente cette vision d'ensemble.

Points à surveiller lors de la mesure du bruit

Pour une évaluation fiable du bruit, les conditions de mesure doivent être normalisées. La distance de mesure, l'acoustique du milieu, le bruit de fond et l'état de charge du moteur influent sur le résultat. C'est pourquoi, en comparant deux moteurs, il faut utiliser des valeurs mesurées selon la même norme et portant sur la même grandeur (puissance acoustique ou pression acoustique à une distance donnée). Sinon, on compare des pommes et des poires.

La logique de l'addition des valeurs en dB

Une conséquence pratique de l'échelle logarithmique est que les valeurs en dB des sources de bruit ne peuvent pas s'additionner arithmétiquement. Lorsque deux sources de bruit égales (par exemple deux moteurs de 70 dB) sont réunies, le total n'est pas de 140 dB mais d'environ 73 dB ; il n'augmente donc que de 3 dB. En revanche, pour deux sources très différentes, la plus faible n'apporte presque aucune contribution ; la somme de deux sources de 70 dB et 60 dB reste en pratique très proche de 70 dB. Connaître cette logique permet de comprendre plus facilement quel moteur il faut réellement silencieuser dans une installation pour faire la différence : se concentrer sur la source ayant la puissance acoustique la plus élevée est le moyen le plus efficace de réduire le bruit total.

Effet de l'état de charge sur le bruit

Le bruit d'un moteur varie aussi selon la charge de fonctionnement. Un moteur tournant à vide ne produit que du bruit de ventilateur et du bruit mécanique, alors que sous charge la composante de bruit magnétique augmente. En outre, un moteur surchargé ou forcé peut produire à la fois plus de chaleur et plus de vibrations et de bruit. C'est pourquoi, lorsque les valeurs de catalogue sont données, l'état de charge auquel le moteur a été mesuré est également indiqué. Un moteur fonctionnant de manière équilibrée, proche de sa charge nominale, est généralement au point à la fois le plus efficace et le plus prévisible sur le plan du bruit.

La santé auditive sur le lieu de travail

Le bruit n'est pas seulement une question de confort, c'est aussi une question de santé au travail. Une exposition prolongée à une pression acoustique élevée peut entraîner une perte auditive. C'est pourquoi, dans les environnements industriels où de nombreux moteurs fonctionnent, le niveau de pression acoustique auquel les salariés sont exposés est maintenu sous certaines limites. Ce qui est déterminant ici, c'est moins la puissance acoustique de la source que la pression acoustique au point où se trouve le salarié. Silencieuser le moteur, isoler le milieu ou éloigner le salarié de la source sont des approches complémentaires qui réduisent cette exposition. Choisir des moteurs à faible puissance acoustique est le moyen le plus durable de réduire le problème dès le début de cette chaîne.

L'importance des composantes fréquentielles

Une valeur unique en dB(A) donne l'intensité totale du bruit mais masque la répartition fréquentielle. Parmi deux moteurs au même niveau en dB(A), l'un peut émettre un bourdonnement aigu désagréable et l'autre un son plus sourd. Dans certaines applications, en particulier pour les moteurs installés à proximité de lieux de vie, on évalue aussi les fréquences auxquelles le bruit se concentre. Le bourdonnement magnétique aigu est généralement lié au découpage ou à la conception magnétique, tandis qu'un bourdonnement de basse fréquence indique le plus souvent un déséquilibre mécanique. L'analyse fréquentielle est un moyen puissant de diagnostiquer la source du bruit.

DRG Motor pour un moteur correct et silencieux

Comprendre la différence entre puissance acoustique et pression acoustique est la première étape pour comparer correctement le bruit des moteurs et choisir la solution la plus silencieuse pour l'application. Un faible bruit s'obtient par la réunion d'une vitesse de rotation adaptée, d'un rotor bien équilibré, de roulements de qualité, d'une conception de ventilateur appropriée et d'une conception magnétique solide. DRG Motor fournit des moteurs asynchrones dans les classes de rendement IE3, IE4 et IE5, conçus avec l'objectif d'un faible bruit et de faibles vibrations. Pour choisir le moteur silencieux et performant le plus adapté à votre application, vous pouvez contacter l'équipe DRG Motor et examiner notre portefeuille de moteurs depuis notre page produit de moteurs électriques DRG . Pour consolider les bases, qu'est-ce qu'un moteur électrique vous pouvez également consulter notre article.