ISO 17201-3:2010
(Main)Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 3: Guidelines for sound propagation calculations
Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 3: Guidelines for sound propagation calculations
ISO 17201-3:2010 specifies methods of predicting sound exposure levels of shooting sound for a single shot at a given reception point. Guidelines are given to calculate other acoustic indices from the sound exposure level. The prediction is based on the angular source energy distribution of the muzzle blast as defined in ISO 17201-1 or calculated using values from ISO 17201-2. ISO 17201-3:2010 applies to weapons with calibres of less than 20 mm or explosive charges of less than 50 g TNT equivalent, including the projectile sound, and is applicable at distances where peak pressures are less than 1 kPa (154 dB). NOTE National or other regulations, which could be more stringent, can apply.
Acoustique — Bruit des stands de tir — Partie 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation du son
L'ISO 17201-3:2010 spécifie des méthodes pour prédire les niveaux d'exposition sonore pour un tir individuel en un point de réception donné. Des lignes directrices sont données pour calculer d'autres indices acoustiques à partir du niveau d'exposition sonore. La prédiction est basée sur la distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la détonation à la bouche, telle que définie dans l'ISO 17201-1 ou calculée au moyen des valeurs de l'ISO 17201-2. L'ISO 17201-3:2010 couvre les armes de calibre inférieur à 20 mm ou des charges explosives de moins de 50 g d'équivalent TNT, prenant en compte le bruit du projectile à des distances où les valeurs de crête de la pression acoustique sont inférieures à 1 kPa (154 dB).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17201-3
First edition
2010-02-01
Acoustics — Noise from shooting
ranges —
Part 3:
Guidelines for sound propagation
calculations
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation du son
Reference number
ISO 17201-3:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 17201-3:2010(E)
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ISO 17201-3:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .2
4 Source modelling .3
5 Propagation calculation.4
6 Conversion of sound exposure levels .9
7 Uncertainties.10
Annex A (normative) Benchmark cases for shooting sheds with baffles .11
Annex B (normative) Sophisticated modelling approaches.26
Annex C (informative) Modelling of shooting scenarios – examples of shooting ranges .35
Annex D (informative) Uncertainty.50
Bibliography.54
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ISO 17201-3:2010(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 17201-3 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 3: Guidelines for sound propagation calculations
⎯ Part 4: Prediction of projectile sound
⎯ Part 5: Noise management
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ISO 17201-3:2010(E)
Introduction
The initiative to prepare a standard on impulse noise from shooting ranges was taken by the Association of
European Manufacturers of Sporting Ammunition (AFEMS), in April 1996 by the submission of a formal
proposal to CEN (see doc. CEN N 1085). After consultation in CEN in 1998, CEN/TC 211, Acoustics, asked
ISO/TC 43, Acoustics, Subcommittee SC 1, Noise to prepare ISO 17201 (all parts).
This part of ISO 17201 provides guidance for sound propagation calculation of shooting sound from shooting
ranges. If calculation procedures are not implied or specified by local or national guidelines, rules and
regulations, and if a more sophisticated propagation model is not available, then ISO 9613-2 may be applied,
provided that the recommendations in this part of ISO 17201 are observed.
The source energy of muzzle blast is typically measured or calculated for free-field conditions and often
exhibits strong directivity. In many cases firearms are fired within a shooting range which has structures such
as firing sheds, walls or safety barriers. Guns, particularly shotguns, are sometimes fired in many directions,
e.g. in trap and skeet where the shooting direction is dictated by the flight path of the clay target. This part of
ISO 17201 recommends ways in which source data can be adapted for use with ISO 9613-2 to obtain a
general survey for the sound exposure levels to be expected in the neighbourhood of shooting ranges.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17201-3:2010(E)
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 3:
Guidelines for sound propagation calculations
1 Scope
This part of ISO 17201 specifies methods of predicting sound exposure levels of shooting sound for a single
shot at a given reception point. Guidelines are given to calculate other acoustic indices from the sound
exposure level. The prediction is based on the angular source energy distribution of the muzzle blast as
defined in ISO 17201-1 or calculated using values from ISO 17201-2.
This part of ISO 17201 applies to weapons with calibres of less than 20 mm or explosive charges of less than
50 g TNT equivalent, at distances where peak pressures, including the contribution from projectile sound, are
less than 1 kPa (154 dB).
NOTE National or other regulations, which could be more stringent, can apply.
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 9613-1, Acoustics — Attenuation of sound during propagation outdoors — Part 1: Calculation of the
absorption of sound by the atmosphere
ISO 9613-2:1996, Acoustics — Attenuation of sound during propagation outdoors — Part 2: General method
of calculation
ISO 17201-1:2005, Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 1: Determination of muzzle blast by
measurement
ISO 17201-2, Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 2: Estimation of muzzle blast and projectile
sound by calculation
ISO 17201-4, Acoustics — Noise from shooting ranges — Part 4: Prediction of projectile sound
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
IEC 61672-1, Electroacoustics — Sound level meters — Part 1: Specifications
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ISO 17201-3:2010(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 9613-2, ISO 17201-1 and the
following apply.
3.1
substitute source
substitute for a sound source and its firing shed by a model source without a firing shed positioned in the
centre of the opening of the firing shed to represent the emission in the direction of a reception point
3.2
safety barrier
〈shooting ranges〉 barrier that is intended to stop projectiles leaving the range
3.3
safety baffle
〈shooting ranges〉 overhead barrier that is intended to stop projectiles leaving the range
3.4
firing shed
structure constructed to protect the shooters and their equipment from precipitation and wind, having an
opening that allows shooting at a target located on open ground
3.5
shooting range
enclosed arrangement of firing positions and matching targets which, depending on the design, may include
such features as a firing shed, safety barriers, safety baffles, and unsafe areas
3.6
shooting facility
organizational entity consisting of one or more shooting ranges, and associated buildings and infrastructure
3.7
firing position
position of the shooter within a shooting range
3.8
matching target direction
direction of the shooter to the position of a moving target accounting for the time delay of the shot hitting the
target
3.9
maximum A-weighted and S-weighted sound pressure level
L
p,AS,max
greatest A-weighted and S-weighted sound pressure level within a stated time interval
NOTE 1 Maximum A-weighted and S-weighted sound pressure level is expressed in decibels.
NOTE 2 A designates the frequency weighting and S the time weighting as specified in IEC 61672-1.
[1]
NOTE 3 This definition is technically in accordance with ISO 1996-1:2003 , 3.1.2.
3.10
maximum A-weighted and F-weighted sound pressure level
L
p,AF,max
greatest A-weighted and F-weighted sound pressure level within a stated time interval
NOTE 1 Maximum A-weighted and F-weighted sound pressure level is expressed in decibels.
NOTE 2 A designates the frequency weighting and F the time weighting as specified in IEC 61672-1.
[1]
NOTE 3 This definition is technically in accordance with ISO 1996-1:2003 , 3.1.2.
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3.11
maximum A-weighted and I-weighted sound pressure level
L
p,AI,max
greatest A-weighted and I-weighted sound pressure level within a stated time interval
NOTE 1 Maximum A-weighted and I-weighted sound pressure level is expressed in decibels.
NOTE 2 A designates the frequency weighting and I the time weighting as specified in IEC 61672-1.
3.12
impact sound
sound produced by the projectile hitting the target
3.13
diffraction point
point on top of a barrier which provides the shortest pathlength for the sound travelling over the barrier to the
reception point
4 Source modelling
4.1 Introduction
The basic quantities to be used are the angular source energy distribution, S (α), and the angular source
q
energy distribution level, L (α), as defined in ISO 17201-1. The angle between the line of fire and the line from
q
the muzzle to the reception point is designated by α. If the gun is fired in an open air situation, S (α) can be
q
used to describe the muzzle blast. For rifle shots, projectile sound has to be included (see 4.3). Substitute
sources can be used for shed situations and for the incorporation of reflection and diffraction to calculate the
reception levels as if it was an open field situation. Impact sound caused by the projectile hitting the target can
usually be neglected. This part of ISO 17201 does not apply to projectiles containing a charge which is
detonated at the target.
4.2 Muzzle blast
4.2.1 Background
For the non-free-field situation (such as a shed with one opening), the propagation model of ISO 9613-2 is
insufficient, and more complex propagation models and calculation procedures are needed. Annex A provides
a benchmark case and a demonstration of how sophisticated sound propagation approximations (see
Annex B) may be used to describe the sound emitted from such a range, based on the free-field data of the
angular source energy distribution levels. The sound emission is then expressed by the angular source energy
level distribution of a substitute source positioned at a representative position in front of or above the firing
shed. All further calculations of the sound pressure level are carried out as specified in Clause 5 by a point
source with directivity independent of the range, which may be formed by a shed, baffles and side walls, etc.
4.2.2 Open field situation
If the weapon under consideration is used outside a firing shed or similar structure, use the angular source
energy distribution level L (α) of the specific weapon/ammunition combination directly. If a shot is fired with a
q
reflecting surface near the shooter, take the reflection into account. The directivity has to be adjusted
accordingly. If the gun can be fired in varying horizontal and vertical directions, account for these directions
separately. Examples of open field situations are described in Annex C.
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4.2.3 Non-open field situation
4.2.3.1 Shooting shed
In this case the shot is fired in a shed (see for example Annex B). Part of the energy radiated due to the
muzzle blast is absorbed by the walls and the ground. If baffles and side walls are present, take the reflections
from the ground, side walls, and baffles into account (see Annex A). An absorbing ceiling within the shed can
be considered to be state of the art. The remaining energy is emitted through the opening of the shed.
Figure 1 depicts a shed with side walls and safety overhead baffles. Therefore, do not use free-field data
directly. If no absorption occurs within the shed and at the baffles, the benchmark case is not a suitable model
to describe the emitted sound energy.
4.2.3.2 More complex situations
For more complex situations consisting of different shooting facilities, such as a trap and skeet range together
with rifle ranges for large and small calibres, a larger number of sources and substitute sources may have to
be included to adequately model the situation. These sources are considered incoherent. However, reflections
are considered to be coherent, when at the reception point the time delay between the muzzle blast and its
reflections is less than 3 ms. Then, they shall be modelled as one substitute source.
4.3 Projectile sound
Modelling of projectile sound is specified in ISO 17201-2 and ISO 17201-4. ISO 17201-4 also gives guidelines
for the calculation of the propagation of projectile sound, as far as it deviates from the propagation of other
sound. This means that for the attenuation for projectile noise, A , ISO 9613-2 can also be used. The
excess
other attenuation parameters such as divergence, air absorption and non-linear attenuation are specified in
ISO 17201-4. In open field situations, especially in front of the weapon when the distance to the trajectory is
short, projectile sound can be a relevant source for the sound exposure level of shooting sound. If a shot is
fired in a shooting range, projectile sound is in general of minor importance in the estimation of the sound
exposure level at a reception point. However, if measures are taken to reduce the sound emission of the
muzzle blast, projectile sound can then become a dominant factor.
5 Propagation calculation
5.1 General
The propagation calculation may be performed using ray-tracing or more sophisticated models, which take
specific weather conditions into account. To calculate a long-term L the results are weighted with respect to
eq
the frequency of occurrence of weather conditions pertinent to the time periods of interest during which the
shooting range is operated.
5.2 Application of ISO 9613-2 to open field situations
It should be noted that ISO 9613-2 neither applies to shooting sound, nor accounts for changes in sound
pressure time history during propagation. It therefore cannot yield results for time-weighted metrics such as
L . ISO 9613-2 does not adequately account for meteorological effects on sound propagation over
F,max
distances greater than 1 km. Furthermore, the use of ISO 9613-2 is not recommended if the spectrum at
reception is dominated by frequencies below 100 Hz.
However, ISO 9613-2 may be applied to model propagation of shooting sound if modifications are introduced.
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a) Top view
Figure 1 (continued)
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b) View in shooting direction c) Side view
Key
1 gun/rifle 5 barrier
2 side berm 6 ground
3 roof 7 reception point
4 safety baffle
a c
Shooting direction. Shielded sound.
b
Diffracted sound.
Figure 1 — Shooting shed situation and illustration of diffraction effects on the propagation path
The sound power level and the directivity have to be substituted by the angular sound source distribution level
and the ambient level by the resulting sound exposure level, L (f), at the reception point of one specific shot
E
under favourable sound propagation conditions.
The sound exposure level for one shot fired is obtained by:
L (f)=−L(α,fA) (r) +11 dB−A (,rf)−A (r,fA)− (,rf)−A(r,fA)− (,rf) (1)
Eq div atm bar gr z misc
where
L (α,f) is the angular source energy distribution level, in decibels, of the weapon ammunition
q
combination under consideration;
r is the distance, in metres, from the source or substitute source P(x ,y ,z ) to the reception point
0 0 0
P(x,y,z);
α is the angle between the line of fire and the line from the source to the reception point P(x,y,z),
provided that the latter line does not interfere with a barrier;
f is the centre frequency, in hertz, of any frequency band;
A is a correction, in decibels, for the geometric spread;
div
A is the air absorption, in decibels, according to ISO 9613-1;
atm
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A is the shielding by barrier, in decibels, according to ISO 9613-2;
bar
A is the ground effect, in decibels, according to ISO 9613-2;
gr
[2] [3]
A is a correction for non-standard meteorological conditions {see ISO 3741 , ISO 3745 ,
z
[4]
ISO 9614-3 , and ISO 17201-1:2005, Equation (8)};
A is a correction, in decibels, for miscellaneous other effects according to ISO 9613-2.
misc
Concerning α, if the sound is shielded by a barrier, separate calculations for each point of diffraction are
necessary. The angle α used to obtain L (α,f) is the angle between the line of fire and the line from the source
q
point to the point of diffraction under consideration. This approach deviates from ISO 9613-2.
The insertion loss A is related to sound exposure level in the direction of the point of diffraction
bar
(see example in Annex C) for the same distance between the reception point and the source point
(see Reference [6]).
Concerning A , if ISO 9613-2:1996, 7.3.1 is applied, the ground effect is included. If ISO 9613-2:1996, 7.3.2
gr
is applied, the reflection is taken into account by adding 3 dB to L (α,f) or ISO 9613-2:1996, Equation (11) is
q
used.
The calculation of L (x,y,z,f) for a shed opening is specified in 5.3.
q
The long-term sound exposure level is obtained by:
LL=−C (2)
EE,long term met
The way to obtain C depends strongly on the definition of the weather condition for which the sound
met
exposure level L (f) is to be calculated. If the long-term L is needed, take the long-term weather conditions
E eq
at the site into account. If such information is not available, C for the long term L can be determined
met A,eq
according to ISO 9613-2:1996, Equation (22), using C = 5 dB. By application of ray-tracing models and long-
0
term statistics of wind direction, wind speed and atmospheric stability, a more accurate value for long-term
levels can be obtained (see References [7], [8]).
NOTE The value 5 dB for C results from the assumption that favourable sound propagation conditions occur for one-
0
third of the time.
If ISO 9613-2 is applied, the following limitations should be noted.
⎯ For longer distances, ISO 9613-2 has the tendency to overestimate the long-term sound exposure level,
L , during daytime (Reference [9]).
E,long term
⎯ For downwind conditions, the effect of screens can be overestimated as a consequence of the induced air
flow at the top of the screen (Reference [10]).
⎯ During daytime, the barrier attenuation tends to be higher compared to the value obtained by
ISO 9613-2 (see Reference [11]).
⎯ ISO 9613-2 does not consider diffraction apart from shielding. However, diffracted sound from safety
baffles for example (see Figure 1) can produce a major contribution at the reception point.
It should be noted that scattering is only approximately taken into account. That effect may be an important
contribution to the overall level at a reception point for situations in which the sound sources are well shielded.
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5.3 Application of ISO 9613-2 for non-open field situations
For the calculation of the sound immission in a non-open field situation, more sophisticated sound propagation
models are needed (see 5.4). These model calculations are usually very time consuming. Even if the distance
between the shooting range and the reception point is not more than a few hundred metres, the calculation
over all frequencies is too long to be used for noise mapping.
Therefore the concept of the substitute source is introduced to allow the use of generally available software to
calculate noise maps. The sophisticated model is used to calculate the sound exposure level, L (f), at some
E
immission-relevant reception points, P(x,y,z), which are far enough from the shed to allow the substitution of
the original source and its direct surroundings by a point source with directivity characteristics. The distance
between the range and such a reception point should at least be twice the largest dimension of the range. The
position of sound source energy distribution level, L (x,y,z,f), for this reception site and other reception sites is
q
chosen to be in the middle of the opening through which most of the sound energy travels. For a simple shed
without barriers and baffles, the source point is chosen to be in the middle of the shed opening. For ranges
with a shed and barriers and baffles, the position is chosen in the centre of the first opening (see Figure B.1,
point P).
It should be noted that the calculated levels can also be chosen on a circle and that the angular source energy
distribution level can then be calculated according to the procedures specified for measurement in
ISO 17201-1.
The sound source energy distribution level of the substitute source, L (α,f) is calculated from the exposure
q,S
level using Equation (3).
L (α,fL)=−(x,y,z,f ) 11dB+A (r) (3)
qE,S div
where
L (x,y,z,f) is the sound exposure level, expressed in decibels, for frequency f at point P(x,y,z) obtained
E
by the boundary element method (BEM) or similar (see Annex B);
A (r) is the correction, expressed in decibels, for geometric spread between the assumed source
div
position and point P(x,y,z);
r is the distance, in metres, between the chosen substitute source position and P(x,y,z).
In this model, the substitute source replaces the original source and its direct surroundings. If only the
direction of α is of interest, Equation (1) can be applied directly. If the directivity is needed, as for example in a
noise map, use the process specified in ISO 17201-1. A , A , A , A are excluded from the calculation
atm bar gr misc
of L (α). Only take into account barrier effects, etc. for those barriers which are not included in the
q,S
calculation using the sophisticated model.
Figure 1 shows a typical shooting shed with the overhead baffles and side walls. In Annex A, the sound
exposure level for a gun fired in such a shed is given. This has been calculated with the BEM over hard
ground for a number of heights and positions in the surroundings. In the benchmark case, the ground
reflection has been included; A , A and A have been assumed to be zero.
atm bar misc
For existing situations, it is recommended that the chosen sophisticated model be verified by measurement of
the sound exposure level at the reception point, provided that the actual propagation conditions during the
measurements are well defined. For propagation calculation outside the shed, the ground reflection has been
included. Ensure that the same surface type is used for any sophisticated model as well as for the application
of ISO 9613-2.
5.4 Sophisticated models
For the non-open field situation, more sophisticated calculation models — compared to ISO 9613-2 — are
needed. BEMs, ray-tracing models, wave models or combinations should be used in which reflection,
diffraction and scattering can be taken into account in more detail (see Annex A, Annex B, and References
[12], [13], [14], [15]).
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ISO 17201-3:2010(E)
A benchmark case is given in Annex A for a shed as depicted in Figure A.1. This case has been calculated
using the BEM.
If other models or approximations are used such as
⎯ Kirchhoff-approximation (see B.2),
⎯ ray-tracing models (see B.3),
ensure that the sound exposure levels of the benchmark case at 100 Hz and 200 Hz are reproduced by the
levels of the sophisticated model without significant deviations. For distances twice as large, the model levels
should not be greater than +5 dB and not less than −1 dB compared to the benchmark case:
LL+>5dB 1>L −dB (4)
bench mark model bench mark
with a probability of less than 5 %.
6 Conversion of sound exposure levels
Sound exposure level, L , is a widely used metric for sound from small arms. However, a number of metrics in
E
legal codes or regulations generally used to describe small arms noise are based on the maximum level for a
specific time weighting. An estimate of these metrics can be obtained from the relationships:
L ≈ L (5)
S,max E
LLu + 9,0 dB (6)
F,max E
LLu +14,6 dB (7)
I,max E
LLu + 5,6 dB (8)
I,max F,max
The equal sign is valid if the event duration is less than 10 % of the time constant of exponential time
weighting, τ (S: τ = 1 s, F: τ = 0,125 s, I: the onset time constant τ = 0,035 s differs from the decay time
constant τ = 1,5 s), which is the case close to the source and if no reflections occur. Further information can
be found in IEC 61672-1.
For increasing distances, the duration of the time signal increases, e.g. as a consequence of ground reflection.
The sound pressure time history of the signal including its reflections needs to be calculated to ensure the
proper evaluation of the above metrics. If sufficient information is not available, L may, according to
I,max
Reference [16], be approximated by:
⎧Lr+−14,6 dB 0,003 /R dB forr< 2 000 m
E 0
L = (9)
⎨
I, max
Lr+ 8,6 dB for W 2 000 m
⎩ E
where
r is the distance, in metres, between the substitute source and the reception point P(x,y,z);
R = 1 m.
0
The relations are valid for single shots when the time lapse between successive shots is greater than the time
constant.
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ISO 17201-3:2010(E)
7 Uncertainties
The uncertainty of the one-third-octave-band spectrum of the sound exposure level of the muzzle blast
determined in accordance with this part of ISO 17201 shall be evaluated, preferably in compliance with
ISO/IEC Guide 98-3.
The uncertainties arise from a number of causes.
⎯ the angular source energy distribution level (see ISO 17201-1 for situations in which that level is
determined by measurements, or
...
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Acoustics — Noise from shooting
ranges —
Part 3:
Guidelines for sound propagation
calculations
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation du son
Reference number
ISO 17201-3:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 17201-3:2010(E)
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Re
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17201-3
Première édition
2010-02-01
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 3:
Lignes directrices pour le calcul de la
propagation du son
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 3: Guidelines for sound propagation calculations
Numéro de référence
ISO 17201-3:2010(F)
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ISO 17201-3:2010(F)
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NORME ISO
INTERNATIONALE 17201-3
Première édition
2010-02-01
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 3:
Lignes directrices pour le calcul de la
propagation du son
Acoustics — Noise from shooting ranges —
Part 3: Guidelines for sound propagation calculations
Numéro de référence
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ISO 17201-3:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .2
4 Modélisation de la source .3
5 Calcul de la propagation.6
6 Conversion des niveaux d'exposition sonore.9
7 Incertitudes .10
Annexe A (normative) Cas de référence pour les abris de tir équipés d'écrans .12
Annexe B (normative) Approches de modélisation sophistiquées.27
Annexe C (informative) Modélisation de scénarios de tir – Exemples de stands de tir .36
Annexe D (informative) Incertitude .52
Bibliographie.56
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ISO 17201-3:2010(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 17201-3 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 3: Lignes directrices pour le calcul de la propagation du son
⎯ Partie 4: Estimation du bruit du projectile
⎯ Partie 5: Gestion du bruit
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17201-3:2010(F)
Introduction
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, Association des Fabricants Européens de
Munitions pour le tir Sportif), en avril 1996, sous la forme d'une proposition formelle au CEN (voir le
document CEN 1085). Après consultation au CEN en 1998, le CEN/TC 211, Acoustique, a demandé à
l'ISO/TC 43, Acoustique, sous-comité SC 1, Bruit, d'élaborer l’ISO 17201 (toutes les parties).
La présente partie de l'ISO 17201 fournit des lignes directrices pour le calcul de la propagation du bruit de tir
depuis les stands de tir. Si des méthodes de calcul ne sont pas impliquées ou définies par des lignes
directrices, des règles et des réglementations locales ou nationales, et si un modèle de propagation plus
évolué n'est pas disponible, l'ISO 9613-2 peut être appliquée, à condition de satisfaire aux recommandations
de la présente partie de l'ISO 17201.
L'énergie acoustique émise par la détonation à la bouche est généralement mesurée ou calculée pour les
conditions en champ libre et montre souvent une forte directivité. Dans de nombreux cas, les armes à feu sont
utilisées dans des stands de tir qui possèdent des structures telles que des abris de tir, des murs ou des
barrières de sécurité. Les coups tirés par les armes, particulièrement les fusils de chasse, vont dans plusieurs
directions, par exemple dans les fosses et les «skeets» où la direction du tir est dictée par la trajectoire de vol
des plateaux. La présente partie de l'ISO 17201 recommande des méthodes dont les données sources
peuvent être adaptées pour une utilisation avec l'ISO 9613-2 afin d'obtenir un relevé d'ensemble des niveaux
sonores attendus au voisinage des stands de tir.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17201-3:2010(F)
Acoustique — Bruit des stands de tir —
Partie 3:
Lignes directrices pour le calcul de la propagation du son
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 17201 spécifie des méthodes pour prédire les niveaux d'exposition sonore pour un
tir individuel en un point de réception donné. Des lignes directrices sont données pour calculer d'autres
indices acoustiques à partir du niveau d'exposition sonore. La prédiction est basée sur la distribution angulaire
de l'énergie acoustique émise par la détonation à la bouche, telle que définie dans l’ISO 17201-1 ou calculée
au moyen des valeurs de l’ISO 17201-2.
La présente partie de l'ISO 17201 couvre les armes de calibre inférieur à 20 mm ou des charges explosives
de moins de 50 g d'équivalent TNT, à des distances où les valeurs de crête de la pression acoustique — y
compris la contribution du bruit du projectile — sont inférieures à 1 kPa (154 dB).
NOTE Des réglementations nationales ou autres, qui pourraient être plus sévères, peuvent s’appliquer.
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 (y compris les éventuels amendements) s'applique.
ISO 9613-1, Acoustique — Atténuation du son lors de sa propagation à l'air libre — Partie 1: Calcul de
l'absorption atmosphérique
ISO 9613-2:1996 Acoustique — Atténuation du son lors de sa propagation à l'air libre — Partie 2: Méthode
générale de calcul
ISO 17201-1:2005, Acoustique — Bruit des stands de tir — Mesurage de l'énergie sonore en sortie de bouche
ISO 17201-2, Acoustique — Bruit des stands de tir — Partie 2: Estimation de la détonation à la bouche et du
bruit du projectile par calcul
ISO 17201-4, Acoustique — Bruit des stands de tir — Partie 4: Estimation du bruit du projectile
ISO/CEI Guide 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure
(GUM:1995)
CEI 61672-1, Électroacoustique — Sonomètres — Partie 1: Spécifications
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ISO 17201-3:2010(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 9613-2 et l’ISO 17201-1
ainsi que les suivants s’appliquent:
3.1
source de substitution
substitution d'une source sonore et de son abri de tir par une source modèle sans abri de tir placée au centre
de l'ouverture de l'abri de tir pour représenter l'émission dans la direction du point de réception
3.2
barrière de sécurité
〈stands de tir〉 barrière conçue pour arrêter les projectiles quittant le stand
3.3
écran de protection
〈stands de tir〉 barrière suspendue conçue pour arrêter les projectiles quittant le stand
3.4
abri de tir
structure construite dans le but de protéger les tireurs et leurs équipements des précipitations et du vent,
ayant une ouverture qui permet de tirer sur une cible située sur un terrain découvert
3.5
stand de tir
endroit clos aménagé pour des positions de tir et les cibles correspondantes qui, en fonction de la conception,
peut comprendre des éléments tels qu'un abri de tir, des barrières de sécurité, des écrans de protection et
des zones dangereuses
3.6
champ de tir
entité organisationnelle constituée d'un ou plusieurs stands de tir et des bâtiments et infrastructure associés
3.7
position de tir
position du tireur dans le stand de tir
3.8
direction de la cible correspondante
orientation du tireur par rapport à la position d'une cible mobile, tenant compte du décalage temporel de
l'impact du tir sur la cible
3.9
niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré S
L
p,AS,max
plus haut niveau de pression acoustique pondéré A et pondéré S relevé dans un intervalle de temps
déterminé
NOTE 1 Le niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré S est exprimé en décibels.
NOTE 2 A désigne la pondération fréquentielle et S la pondération temporelle, comme spécifiées dans la CEI 61672-1.
[1]
NOTE 3 Du point de vue technique, cette définition est conforme à l’ISO 1996-1:2003 , 3.1.2.
3.10
niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré F
L
p,AF,max
plus haut niveau de pression acoustique pondéré A et pondéré F relevé dans un intervalle de temps
déterminé
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ISO 17201-3:2010(F)
NOTE 1 Le niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré F est exprimé en décibels.
NOTE 2 A désigne la pondération fréquentielle et F la pondération temporelle, comme spécifiées dans la CEI 61672-1.
[1]
NOTE 3 Du point de vue technique, cette définition est conforme à l’ISO 1996-1:2003 , 3.1.2.
3.11
niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré I
L
p,AI,max
plus haut niveau de pression acoustique pondéré A et pondéré I relevé dans un intervalle de temps déterminé
NOTE 1 Le niveau maximal de pression acoustique pondéré A et pondéré I est exprimé en décibels.
NOTE 2 A désigne la pondération fréquentielle et I la pondération temporelle, comme spécifiées dans la CEI 61672-1.
3.12
bruit d'impact
bruit produit par l'impact du projectile sur la cible
3.13
point de diffraction
point situé au sommet d'une barrière qui fournit la plus courte longueur de trajet pour le son qui se propage
par-dessus la barrière jusqu'au point de réception
4 Modélisation de la source
4.1 Introduction
Les grandeurs de base à utiliser sont la distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source,
S (α), et le niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source, L (α), comme définis
q q
dans l’ISO 17201-1. L'angle entre la ligne de tir et la ligne qui joint la bouche au point de réception est désigné
par α. Si un coup est tiré en plein air, S (α) peut être utilisé pour décrire le bruit à la bouche. En cas de tir à la
q
carabine, le bruit du projectile doit être inclus (voir 4.3). Les sources de substitution peuvent être utilisées pour
les situations en abri et pour l'incorporation de la réflexion et de la diffraction afin de calculer les niveaux de
réception comme s'il s'agissait d'une situation en champ libre. Le bruit de l'impact du projectile sur la cible
peut être généralement négligé. La présente partie de l'ISO 17201 n'est pas applicable aux projectiles
contenant une charge qui détone au contact de la cible.
4.2 Bruit à la bouche
4.2.1 Contexte
Pour les situations qui ne sont pas en champ libre (un abri ouvert, par exemple), le modèle de propagation de
l’ISO 9613-2 est insuffisant, et des modèles de propagation et des procédures de calcul plus évolués sont
nécessaires. L'Annexe A fournit un cas de référence et une démonstration de la manière dont des
approximations sophistiquées de la propagation du son (voir Annexe B) peuvent être utilisées pour décrire les
sons émis par un tel stand, en se basant sur des données en champ libre relatives au niveau de distribution
angulaire de l'énergie acoustique émise par la source. L'émission sonore est alors exprimée par la distribution
angulaire de l'énergie acoustique émise par une source de substitution placée en une position représentative
située en avant ou au-dessus de l'abri de tir. Tous les calculs supplémentaires du niveau de pression
acoustique sont réalisés comme spécifié dans l’Article 5 par un point d’émission dont la directivité est
indépendante du champ de tir (ou du stand), qui peut être formé par un abri, des écrans, des parois latérales,
etc.
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ISO 17201-3:2010(F)
4.2.2 Situation en champ libre
Si l'arme étudiée est utilisée à l'extérieur d’un abri de tir ou d'une structure similaire, utiliser directement le
niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source, L (α), d'une combinaison
q
spécifique arme/munition. Si le coup est tiré avec une surface réfléchissante à proximité du tireur, prendre en
compte la réflexion. La directivité doit être ajustée en conséquence. Si l'arme peut tirer dans des directions
horizontales et verticales variables, prendre en compte séparément ces directions. Des exemples de
situations en champ libre sont décrits dans l'Annexe C.
4.2.3 Situation en champ clos
4.2.3.1 Abri de tir
Dans ce cas, le coup est tiré dans un abri (voir Annexe B par exemple). Une partie de l'énergie rayonnée due
au bruit à la bouche est absorbée par les parois et le sol. En présence d’écrans et de parois latérales, prendre
en compte les réflexions par le sol, les parois latérales et les écrans (voir Annexe A). Un plafond absorbant
situé à l'intérieur de l'abri peut être considéré comme étant la technique de pointe. L'énergie restante est
émise à travers l'ouverture de l'abri. La Figure 1 illustre un abri avec les parois latérales et les écrans de
protection suspendus. Par conséquent, ne pas utiliser directement les données de champ libre. S'il ne se
produit pas d'absorption dans l'abri ni au droit des écrans, le cas de référence n'est pas un modèle approprié
pour décrire l'énergie acoustique émise.
4.2.3.2 Situations plus complexes
Pour des situations plus complexes consistant en des champs de tir différents, tels qu'un poste de tir «trap» et
«skeet» avec des champs de tir pour de petits et gros calibres, il peut s'avérer nécessaire d'inclure un plus
grand nombre de sources et de sources de substitution pour modéliser correctement la situation. Ces sources
sont considérées comme étant incohérentes. En revanche, les réflexions sont considérées cohérentes si, au
point de réception, le délai entre le bruit à la bouche et ses réflexions est inférieur à 3 ms. Elles doivent donc
être modélisées comme étant une seule source de substitution.
4.3 Bruit du projectile
La modélisation du bruit du projectile est spécifiée dans l’ISO 17201-2 et l’ISO 17201-4. L’ISO 17201-4 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. Cela signifie qu'il est aussi possible,
pour l'atténuation, A , du bruit du projectile, d'utiliser l’ISO 9613-2. Les autres paramètres d'atténuation,
excess
tels que la divergence, l'absorption de l'air et l'atténuation non linéaire, sont spécifiés dans l’ISO 17201-4. En
champ libre, notamment devant l'arme lorsque la distance de la trajectoire est faible, le bruit du projectile peut
être une source pertinente pour le niveau d'exposition sonore du bruit de tir. Si un coup est tiré dans un stand
de tir, le bruit du projectile a en général une importance mineure dans l'estimation du niveau d'exposition
sonore au point de réception. Par contre, si des mesures sont prises pour réduire l'émission sonore du bruit à
la bouche, le bruit du projectile peut alors devenir un facteur dominant.
4 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17201-3:2010(F)
a) Vue de dessus
Figure 1 (suite)
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ISO 17201-3:2010(F)
b) Vue dans la direction du tir c) Vue latérale
Légende
1 arme/carabine 5 barrière
2 merlon 6 sol
3 toit 7 point de réception
4 écran de protection
a c
Direction du tir. Son affecté par l’écran.
b
Son diffracté.
Figure 1 — Situation en abri de tir et illustration des effets de la diffraction sur le trajet de propagation
5 Calcul de la propagation
5.1 Généralités
Le calcul de la propagation peut être effectué en utilisant des modèles de tracé de rayons ou des modèles
plus sophistiqués, qui prennent en compte les conditions météorologiques spécifiques. Pour calculer L à
eq
long terme, les résultats sont pondérés par rapport à la fréquence d'occurrence des conditions
météorologiques pertinentes pour les périodes d'utilisation du champ de tir.
5.2 Application de l’ISO 9613-2 pour les situations en champ libre
Il convient de noter que l’ISO 9613-2 n'est pas applicable aux bruits de tir et qu'elle ne prend pas en compte
les variations de la pression acoustique en fonction du temps pendant la propagation. Par conséquent, elle ne
peut pas donner des résultats pour les métriques pondérées en temps, telles que L . L’ISO 9613-2 ne
F,max
tient pas correctement compte de l'effet des conditions météorologiques sur la propagation du son sur des
distances supérieures à 1 km. En outre, il n’est pas recommandé d’utiliser l’ISO 9613-2 si le spectre à la
réception est dominé par des fréquences inférieures à 100 Hz.
Toutefois, l’ISO 9613-2 peut être appliquée pour modéliser la propagation du bruit de tir si des modifications
sont introduites.
6 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17201-3:2010(F)
Le niveau de puissance acoustique et la directivité doivent être remplacés par le niveau de distribution
angulaire de la source acoustique, et le niveau ambiant par le niveau d'exposition sonore obtenu, L (f), au
E
point de réception d'un tir spécifique dans des conditions favorables de propagation du son.
Le niveau d'exposition sonore pour un coup tiré est obtenu au moyen de:
L (f)=−L(α,fA) (r) +11 dB−A (,rf)−A (r,fA)− (,rf)−A(r,fA)− (,rf) (1)
Eq div atm bar gr z misc
où
L (,α f) est le niveau de distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source de la
q
combinaison arme/munition considérée, en décibels;
r est la distance entre la source ou la source de substitution, P(x ,y ,z ), et le point de réception,
0 0 0
P(x,y,z), en mètres;
α est l'angle entre la ligne de tir et la ligne qui joint la source au point de réception, P(x,y,z), sous
réserve que cette dernière ligne n'interfère pas avec une barrière.
f est la fréquence centrale d’une bande de fréquences, en Hertz;
A est la correction de la dispersion géométrique, en décibels;
div
A est l'absorption par l'air, conformément à l’ISO 9613-1, en décibels;
atm
A est l’atténuation par une barrière, conformément à l’ISO 9613-2, en décibels;
bar
A est l'effet de sol, conformément à l’ISO 9613-2, en décibels;
gr
[2]
A est une correction en cas de conditions météorologiques anormales [voir l’ISO 3741 ,
z
[3] [4]
l’ISO 3745 et l’ISO 9614-3 et l'Équation (8) de l’ISO 17201-1:2005];
A est une correction des divers autres effets, conformément à l’ISO 9613-2, en décibels.
misc
Concernant α, si le son est affecté par une barrière, d’autres calculs pour chaque point de diffraction sont
nécessaires. L'angle α utilisé pour obtenir L (,α f) est l'angle entre la ligne de tir et la ligne qui joint le point
q
d'émission au point de diffraction considéré. Cette approche diffère de celle de l’ISO 9613-2.
La perte d'insertion, A , est rapportée au niveau d'exposition sonore dans la direction du point de diffraction
bar
(voir l'exemple de l'Annexe C) pour la même distance entre le point de réception et le point d'émission (voir la
Référence [6]).
Concernant A , si l’ISO 9613-2, 7.3.1 est appliquée, l’effet de sol est inclus. Si l’ISO 9613-2, 7.3.2 est
gr
appliquée, la réflexion est prise en compte en ajoutant 3 dB à L (,α f)ou à l’Équation (11) de
q
l’ISO 9613-2:1996, si elle est utilisée.
Le calcul de L (xy, ,z,f ) pour une ouverture d'abri est spécifié en 5.3.
q
Le niveau d'exposition sonore à long terme est obtenu au moyen de:
LL=−C (2)
EE,long term met
La façon d'obtenir C dépend fortement de la définition de la condition atmosphérique pour laquelle le
met
niveau d'exposition sonore, L (f), est à calculer. Si l'on a besoin de L à long terme, prendre en compte les
E eq
conditions météorologiques à long terme. Si cette information n'est pas disponible, la valeur de C pour
met
L à long terme peut être déterminée conformément à l'Équation (22) de l’ISO 9613-2:1996, avec
A,eq
C = 5 dB. En appliquant des modèles de tracé de rayons et des statistiques à long terme relatives à la
0
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ISO 17201-3:2010(F)
direction du vent, à la vitesse du vent et à la stabilité atmosphérique, il est possible d’obtenir une valeur plus
exacte des niveaux à long terme (voir les Références [7] et [8]).
NOTE La valeur de 5 dB pour C résulte de l'hypothèse que des conditions favorables de propagation du son se
0
produisent pendant un tiers du temps.
Si l’ISO 9613-2 est appliquée, il convient de noter les limitations suivantes:
⎯ Pour des distances plus longues, l’ISO 9613-2 a tendance à surestimer le niveau d'exposition sonore à
long terme, L , pendant la journée (voir la Référence [9]).
E,long term
⎯ Pour les conditions de vent porteur, l'effet des écrans peut être surestimé en raison de l'écoulement d'air
induit au sommet de l'écran (voir la Référence [10]).
⎯ Pendant la journée, l'atténuation de la barrière tend à être plus élevée en comparaison à la valeur
obtenue par l’ISO 9613-2 (voir la Référence [11]).
⎯ L’ISO 9613-2 ne considère pas la diffraction séparément de l’effet d’écran. Toutefois, le son diffracté par
l'écran de protection par exemple (voir Figure 1) peut apporter une contribution majeure au niveau du
point de réception.
Il convient de noter que la dispersion n'est prise en compte que de manière approchée. Dans des situations
dans lesquelles les sources sonores sont bien protégées, cet effet peut constituer une contribution majeure au
niveau global au point de réception.
5.3 Application de l’ISO 9613-2 pour les situations qui ne sont pas en champ libre
Pour le calcul de l'immission sonore dans une situation qui n'est pas en champ libre, des modèles plus
sophistiqués de propagation du son sont nécessaires (voir 5.4). Les calculs avec ces modèles sont en général
fastidieux. Même si la distance entre le stand de tir et le point de réception ne dépasse pas quelques
centaines de mètres, le calcul sur toutes les fréquences est trop long pour être utilisé pour la cartographie du
bruit.
Par conséquent, le concept de source de substitution est introduit afin de permettre l'utilisation de logiciels
largement répandus pour les cartes de niveaux sonores. Le modèle sophistiqué calcule le niveau d'exposition
sonore, L (f), en quelques points de réception, P(x,y,z), pertinents pour l’immission, suffisamment loin de l’abri
E
pour permettre la substitution de la source d’origine et de son voisinage direct par un point d’émission avec
les caractéristiques de directivité. Il convient que la distance entre le stand et le point de réception représente
au moins deux fois la dimension la plus grande du stand. La position du niveau de distribution de l'énergie
acoustique émise par la source, L (x,y,z,f), pour ce site de réception et d'autres est choisie de manière qu'elle
q
se situe au milieu de l'ouverture par laquelle passe la majeure partie de l'énergie acoustique. Pour un simple
abri sans barrière ni écran, le point d’émission est choisi au milieu de l’ouverture de l’abri. Pour des stands
dotés d’un abri, de barrières et d’écrans, la position est choisie au centre de la première ouverture (voir
Figure B.1, point P).
Il convient de noter que les niveaux calculés peuvent également être choisis sur un cercle et que le niveau de
distribution angulaire de l'énergie acoustique émise par la source peut alors être calculé conformément aux
modes opératoires spécifiés pour le mesurage dans l’ISO 17201-1.
Le niveau de distribution de l'énergie acoustique émise par la source de substitution, L (,α f) , est calculé à
q,S
partir du niveau d'exposition, à l'aide de l'Équation (3):
L (α,fL)=−(x,y,z,f ) 11dB+A (r) (3)
qE,S div
où
L (x,y,z,f) est le niveau d'exposition sonore pour la fréquence f au point P(x,y,z), obtenu par la
E
méthode des éléments limites (BEM, boundary element method) ou une méthode analogue
(voir Annexe B), exprimé en décibels;
8 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17201-3:2010(F)
A (r) est la correction qui compense la dispersion géométrique entre la position présumée de la
div
source et le point P(x,y,z), exprimée en décibels;
r est la distance entre la position de la source de substitution choisie et P(x,y,z), en mètres.
Dans ce modèle, la source de substitution remplace la source originale et son voisinage direct. Si seule la
direction de α revêt de l'importance, l'Équation (1) peut être appliquée directement. Si la directivité s'avère
nécessaire, par exemple pour l'établissement des cartes des niveaux sonores, utiliser le mode opératoire
spécifié dans l'ISO 17201-1. A , A , A , A sont exclus du calcul de L , (σ). Ne prendre en compte les
atm bar gr misc q S
effets de barrière, etc. que pour les barrières qui ne sont pas incluses dans le calcul utilisant la méthode
sophistiquée.
La Figure 1 montre un abri de tir type avec des écrans suspendus et des parois latérales. Dans l'Annexe A, le
niveau d'exposition sonore est donné pour un coup de feu tiré dans un tel abri. Ce niveau a été calculé par la
méthode des éléments limites (BEM) sur un sol dur pour plusieurs hauteurs et positions dans le voisinage.
Pour le cas de référence, la réflexion au sol a été incluse, A , A et A ayant été supposés nuls.
atm bar misc
Pour les situations existantes, il est recommandé que le modèle sophistiqué choisi soit vérifié par mesurage
...
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