Choisir son casque avion

Nos petites oreilles sont fragiles et la vie de pilote font qu’elles n’ont pas la vie facile. Entre les variations rapides de pression, le bruit ambiant, la radio… elles subissent beaucoup d’agressions, ce qui conduit dans un premier temps à une fatigue et une gène et à terme conduit à une perte auditive.
Le choix d’un casque est donc primordial. Il doit en effet être confortable pour pouvoir être porté plusieurs heures (et ce même avec des lunettes), offrir une bonne capacité d’écoute (certes on n’est pas là pour un concert de musique de chambre, mais on se doit de comprendre clairement ce qui est dit) et une bonne isolation phonique.

Connaitre son ennemi pour mieux le combattre

On le perçoit facilement, le bruit dans un cockpit de liner n’a rien à voir avec le bruit dans la cabine d’un monomoteur piston, d’un hélicoptère, d’un appareil turbine (pressurisé ou non),…
Chaque type d’appareil génère des fréquences sonores différentes. Sur les moteurs pistons, on trouvera donc principalement un pique sonore sur les basses fréquences (inférieures à 500 Hz), sur les appareils turbines un mélange de basses et hautes fréquences, sur les réacteurs des fréquences moyennes à hautes,…
Les sources de bruits sont diverses: il y a le(s) moteur(s), le(s) hélice(s), le bruit aérodynamique, les instruments (gyro…),les oscillations de la structure elle même, la ventilation…

On le comprend vite, l’environnement sonore d’un avion est très complexe à appréhender et ce n’est donc pas pour rien que dans les années 90 et 2000 que la NASA a réalisée plusieurs campagnes d’essais sur les bruits dans les appareils d’aviation générale.

Les sources de bruits sur les appareils de type SEP / MEP

Un grand nombre d’appareils monomoteurs sont équipés de moteurs pistons qui sont généralement utilisés dans une plage de 2400/2500 RPM (soit environ 40 tours par seconde).

Les bruits moteurs

Si l’on regarde ce qu’il se passe au niveau échappement, cela conduit :

  • pour un moteur 4 cylindres – à 80 échappement par secondes (en 2 tours, les 4 cylindres ont tous accomplis leurs cycles)
  • pour un moteur 6 cylindres – à 120 échappements par secondes (en 2 tours, les 6 cylindres ont tous accomplis leurs cycles)
  • soit pour un moteur N cylindres à un régime RPM – (RPM/(60 *2) * N échappements par secondes.

Sur un monomoteur piston (DR400, TB10, TB20…), on s’attend donc à avoir:

  • Une fréquence à 40 Hz, générée par la rotation du vilebrequin moteur
  • plus une fréquence à 80 Hz ou 120 Hz… suivant le nombre de cylindres. Bien-sur cette fréquence de base s’accompagne de multiples autres bruits qui s’étendent sur une large bande de fréquences.

L’hélice

Si l’on considère l’hélice:
Pour une hélice bipale, si on considère le bruit d’une pale à chaque fois qu’elle passe devant le pilote, on aura une fréquence à 80Hz. Pour une tripale, une fréquence à 120 Hz. Fréquences qui s’ajouteront au fréquences moteur déjà existantes.
Mais le son produit par le passage de l’hélice est complexe, il se décompose d’une fréquence basse, réellement liée au passage de l’hélice (le 80 ou 120 Hz) et d’autres fréquences résonnantes (harmoniques à n*fréquence de base), qui sont créées par la dépression, la rencontre des tourbillons marginaux en bouts de pale…

Le bruit aérodynamique

Le bruit aérodynamique est de sources diverses. Généralement les décochements et autres aspérités créés des tourbillons qui génèrent un bruit comparable à un sifflement mais qui peut s’étendre aussi bien sur des hautes que des basses fréquences (bruit de couche limite).
De manière générale, le bruit aérodynamique diminuera avec un avion présentant peu d’aspérité ou une surface sans décochement apparent.
PS: Si vous êtes attentifs, vous devriez noter le changement de son sur les avions de ligne lorsque les airbrakes sont déployés en vol, ou lorsque que le train ou les volets sont sortis.

Le bruit de structure

La structure de l’avion répond aux diverses fréquences sonores générées par le moteur et l’hélice. Les bruits de structure proviennent principalement du firewall, des panneaux latéraux et du pare-brise. Pour certaines fréquences, les panneaux de l’avion agiront alors comme un tambour.
Cependant, les garnitures, les sièges… peuvent absorber certaines fréquences et l’intérieur de la cabine agir comme la caisse d’une guitare en amplifiant certaines fréquences. Cela explique aussi pourquoi certains avions sont plus silencieux que d’autres alors que ce sont les mêmes modèles mais avec des intérieurs différents.

Au Total

Les harmoniques de la fréquence de base du moteur (40Hz – fm1) sont à 80Hz(fm2), 120Hz(fm3), 160Hz(fm4), 200Hz(fm5), 240Hz(fm6),…360Hz(fm9),…
Pour un moteur à 6 cylindres, nous aurons les harmoniques associées à l’échappement (120 Hz-fe1): 240 Hz(fe2), 360 Hz(fe3),..
Pour une hélice bipale (80 Hz-fb1): 160 Hz(fb2), 240Hz(fb3), 320Hz(fb4)…
Pour une hélice tripale (120Hz-ft1): 240Hz(ft2), 360Hz(ft3),..
Le bruit aérodynamique assimilable à un bruit blanc.
Les hautes fréquences étant plus facilement atténuées, il devrait donc rester plus d’énergie sur les basses fréquences (<1000Hz).
Pour un monomoteur bipale, on devrait trouver des pics de fréquences à 40Hz (fm1), 80Hz (fm2+fb1), 120Hz(fm3+fe1), 160Hz(fm4+fb2), 240Hz(fm6+fe2+fb3),… (somme des fréquences identifiées en gras)
Ce que l’on vérifier avec le spectrogramme suivant (issu du document General Aviation Interior Noise: Part III –Noise Control Measure Evaluation – NASA)
Spectre monomoteur hélice bipale (NASA)
On y retrouve clairement les fréquences de 80Hz, 120Hz et 240Hz.

Pour un monomoteur tripale, on devrait trouver des pics de fréquences à 40Hz, 120Hz (fm3+fe1+ft1) , 240Hz (fm6 + fe2 + ft2)… correspondants aux fréquences en Italique.

C’est ce que l’on retrouve globalement sur le diagramme suivant:
Spectre monomoteur hélice tripale (NASA)

Bien entendu, ceci reste valable pour un appareil équipé d’un réducteur (généralement ceux avec un moteur Rotax). Le moteur tourne a un régime plus élevé (vers les 4000 / 5000 RPM), mais via le réducteur, l’hélice tournera sensiblement proche des 2300/2400 RPM. Les bruits d’échappement et mécanique seront plus haut en fréquence, mais le bruit d’hélice sera toujours là… on aura cependant une impression d’un appareil plus silencieux car l’énergie du moteur sera émise sur des hautes fréquences, celles-ci étant plus facilement stoppées on ressentira un appareil plus silencieux.
Sur un appareil bimoteur, cela peut etre plus complexe: d’une part les hélices sont sur les cotés de l’appareil, la distribution sonore est donc différente. De plus, les sons émis par les deux moteurs peuvent s’annuler, se recomposer,… Donc suivant où vous êtes dans l’avion, vous pouvez être au calme ou être, au contraire, dans une zone très bruyante.

Comme on commence à le deviner, le bruit à l’intérieur d’un appareil d’aviation générale, n’est pas une chose facile à comprendre, à traiter et à analyser. Si l’on rajoute en plus les effets de caisse de résonnance, d’absorption sonore par les matériaux,… on image l’étendue de la tache. Mais pour résumer, si vous volez sur des appareils SEP (monomoteur à pistons) ou MEP (Multimoteurs pistons), sachez que les basses fréquences sont votre ennemi.

Sources:
General Aviation Interior Noise: In-Flight Source/Verification Part I – NASA/CR-2002-211665
General Aviation Interior Noise: In-Flight Source/Verification Part II- NASA/CR-2002-211666
General Aviation Interior Noise: Part III – Noise Control Measure Evaluation – NASA/CR-2002-211667

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