Faits:
A.
D._, E._ et F._ sont copropriétaires de la parcelle n° 4'813 de la commune de Lausanne dont la limite Est est adjacente à l'avenue des Bains. D'une surface de 1'614 m2, cette parcelle supporte un bâtiment d'habitation de 178 m2 (ECA n° 8'270). Elle est colloquée en zone mixte de moyenne densité au sens du plan général d'affectation de la commune de Lausanne (PGA) et son règlement (RPGA) du 26 juin 2006. Le degré de sensibilité au bruit attribué à la parcelle est de II.
D._, E._ et F._ (ci-après: les constructeurs) ont déposé une demande de permis de construire en vue de la démolition du bâtiment n° ECA 8'270 et de la construction d'un immeuble de 11 appartements.
Mis à l'enquête publique, le projet a fait l'objet de plusieurs oppositions, dont celle formée en commun par les voisins C._ ainsi que A._ et B._.
Il ressort de la synthèse du 22 décembre 2011 de la Centrale des autorisations CAMAC (ci-après: la synthèse CAMAC) que le Service de l'environnement et de l'énergie (SEVEN) - incorporé depuis le 1er janvier 2013 à la Direction générale de l'environnement (DGE) - a préavisé favorablement le projet sous réserve de certaines conditions, relatives au bruit routier et à l'isolation phonique du bâtiment. Les valeurs limites d'immission (VLI) étaient dépassées pour le projet et la mise en oeuvre d'une ventilation de type double-flux, comme solution d'assainissement telle que proposée dans l'étude acoustique, ne permettait pas de respecter les exigences de l'art. 31 de l'ordonnance du 15 décembre 1986 sur la protection contre le bruit (OPB; RS 814.41). Le SEVEN donnait toutefois son assentiment au projet à la condition de mettre en place un système de ventilation de type double-flux dans tout le bâtiment.
L'étude du bureau "aer - Acoustical Engineering & Research Sàrl" (ci-après: l'étude aer) établie le 3 mai 2011 et complétée le 4 septembre 2012, à laquelle se réfère le SEVEN dans son préavis précité, relève que les valeurs limites d'immission (VLI) sont dépassées en plusieurs points du bâtiment projeté, de jour comme de nuit, avec des dépassements variant de 1 à 7 dB (A) selon les étages.
Le 27 février 2012, la Municipalité de Lausanne (ci-après: la municipalité) a levé les oppositions et délivré le permis de construire.
B.
Les opposants ont recouru après de la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal) contre le permis de construire précité. Après avoir procédé à une inspection locale en présence des parties, le Tribunal cantonal a rejeté le recours et confirmé la décision de la municipalité du 27 février 2012, par arrêt du 30 janvier 2013. Les juges cantonaux ont considéré en substance que des mesures constructives ou d'aménagement possibles ne permettraient pas le respect des VLI dans les locaux à usage sensible au bruit. L'édification du bâtiment litigieux revêtait toutefois un intérêt prépondérant au sens de l'art. 31 al. 2 OPB et le SEVEN était ainsi fonder à délivrer son assentiment au sens de cette disposition.
C.
Agissant par la voie du recours en matière de droit public, C._ ainsi que A._ et B._ demandent au Tribunal fédéral d'annuler l'arrêt du Tribunal cantonal du 30 janvier 2013 ainsi que l'autorisation de construire du 27 février 2012. Ils se plaignent pour l'essentiel d'une violation du droit fédéral en matière de protection contre le bruit.
Le Tribunal cantonal renonce à se déterminer et renvoie aux considérants de son arrêt. La DGE a indiqué n'avoir pas d'observations complémentaires à déposer et se référer à ses précédentes déterminations au Tribunal cantonal. La municipalité conclut à l'irrecevabilité du recours, subsidiairement à son rejet. Les intimés concluent au rejet du recours.
Par ordonnance du 28 mars 2013, le Juge présidant de la Ire Cour de droit public a rejeté la requête d'effet suspensif des recourants.
Invité à se déterminer, l'Office fédéral de l'environnement (ci-après: l'OFEV) a pris position le 18 juin 2013. Il estime que la décision attaquée n'est pas conforme au droit fédéral sur la protection de l'environnement. Toutes les parties se sont exprimées sur les déterminations de l'OFEV. Les intimés ont notamment indiqué, le 16 juillet 2013, qu'ils ont fait étudier d'urgence par le bureau "aer - Acoustical Engineering & Research Sàrl" une proposition complémentaire qui permettrait de respecter strictement les VLI imposées par l'annexe 3 OPB.
Considérant en droit:
1.
Dirigé contre une décision rendue dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire et des constructions, le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss LTF, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. Les recourants ont pris part à la procédure de recours devant le Tribunal cantonal. Ils sont particulièrement touchés par l'arrêt attaqué qui confirme l'autorisation accordée aux copropriétaires de la parcelle n° 4813, voisine de la leur, de construire l'immeuble litigieux. Ils peuvent ainsi se prévaloir d'un intérêt personnel et digne de protection à son annulation ou à sa modification. Ils ont dès lors qualité pour agir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF.
2.
La seule question encore litigieuse concerne le respect des valeurs relatives à la protection contre le bruit. Les recourants ont en effet abandonné les autres griefs qu'ils avaient soulevés en procédure cantonale, concernant notamment la distance aux limites, le calcul de la hauteur des façades et l'esthétique du projet.
3.
Les recourants se plaignent d'une violation des art. 22 de la loi fédérale du 7 octobre 1983 sur la protection de l'environnement (LPE; RS 814.01) et 31 OPB. A leur avis, les juges cantonaux n'ont examiné que de manière superficielle si les mesures prescrites à l'art. 31 al. 1 let. a et b OPB permettaient de respecter les VLI. Or, aussi longtemps que ces mesures n'ont pas sérieusement été étudiées, il n'était pas possible de faire application de la voie dérogatoire de l'art. 31 al. 2 OPB. En toute hypothèse, les recourants contestent que les contraintes de cette disposition soient respectées en l'espèce.
3.1. L'art. 22 LPE prévoit que les permis de construire de nouveaux immeubles destinés au séjour prolongé de personnes ne seront délivrés que si les valeurs limites d'immission ne sont pas dépassées (al. 1). Toutefois, si les valeurs limites d'immission sont dépassées, les permis de construire ne seront délivrés que si les pièces ont été judicieusement disposées et si les mesures complémentaires de lutte contre le bruit qui pourraient encore être nécessaires sont prises (al. 2).
L'art. 31 OPB, qui précise les conditions à remplir pour l'octroi de permis de construire dans les secteurs exposés au bruit, a la teneur suivante:
1 Lorsque les valeurs limites d'immission sont dépassées, les nouvelles constructions ou les modifications notables de bâtiments comprenant des locaux à usage sensible au bruit, ne seront autorisées que si ces valeurs peuvent être respectées par:
a. la disposition des locaux à usage sensible au bruit sur le côté du bâtiment opposé au bruit; ou
b. des mesures de construction ou d'aménagement susceptibles de protéger le bâtiment contre le bruit.
2 Si les mesures fixées à l'al. 1 ne permettent pas de respecter les valeurs limites d'immission, le permis de construire ne sera délivré qu'avec l'assentiment de l'autorité cantonale et pour autant que l'édification du bâtiment présente un intérêt prépondérant.
3 Le coût des mesures est à la charge des propriétaires du terrain.
Selon l'art. 2 al. 6 let. a OPB, les locaux dont l'usage est sensible au bruit sont les pièces des habitations, à l'exclusion des cuisines sans partie habitable, des locaux sanitaires et des réduits.
Pour les bâtiments, les immissions de bruit seront mesurées au milieu de la fenêtre ouverte des locaux à usage sensible au bruit (art. 39 al. 1 OPB). La détermination du bruit au milieu de la fenêtre ouverte est destinée à préserver le bien-être des habitants, car elle garantit que les fenêtres puissent être ouvertes à des fins autres que l'aération et que le niveau sonore dépasse seulement de manière insignifiante les valeurs limites de planification et d'immission, y compris dans les environs (jardins, balcons; cf. arrêt 1C_331/2011 du 30 novembre 2011 consid. 7.3.2).
3.2. En l'espèce, il n'est pas contesté que les VLI applicables au bruit du trafic routiers, fixées à l'annexe 3 OPB, sont dépassées de 5 à 7 dB (A) sur la presque totalité de la façade Est de l'immeuble litigieux. Le projet ne peut dès lors être autorisé qu'aux conditions posées aux art. 22 LPE et 31 al. 1 OPB ou en vertu d'une dérogation fondée sur l'art. 31 al. 2 OPB.
Le Tribunal cantonal a relevé que, selon l'étude aer, des mesures constructives ou d'aménagement susceptibles de protéger le bâtiment lui-même contre le bruit (en l'occurrence butte de protection ou écran antibruit) telles que requises par l'art. 31 al. 1 let. b OPB étaient "difficiles et peu efficaces" dans le contexte d'un immeuble sis à proximité immédiate de la route; elles paraissaient en outre peu réalistes en milieu urbain, qui plus est dans une zone de moyenne densité. Une mesure constructive consistant en la réalisation de balcons sur la façade Est n'était guère réalisable, dès lors que celle-ci se trouvait en limite du domaine public. Au surplus, le représentant du SEVEN avait expliqué en audience qu'un recul du bâtiment de 6 m par rapport au domaine public (avenue des Bains) réduirait les immissions de bruit de 1 à 1.5 dB (A), la diminution du bruit n'étant pas linéaire par rapport à la distance. Il avait en outre précisé que dans les zones urbanisées, un recul des bâtiments n'était en règle générale pas un moyen suffisant sous l'angle de la diminution des nuisances sonores. Force était ainsi de constater que les mesures constructives ou d'aménagement (art. 31 al. 1 let. b OPB) possibles ne permettraient pas le respect des VLI dans les locaux à usage sensible au bruit. Par ailleurs, il n'était pas possible d'orienter toutes les pièces à usage sensible au bruit (salles de séjour et chambres à coucher) du seul côté du bâtiment où ces valeurs n'étaient jamais dépassées, à savoir la façade Ouest (art. 31 al. 1 let. a OPB).
3.3. Dans ses déterminations du 18 juin 2013, l'OFEV a estimé qu'il n'avait pas été suffisamment démontré que toutes les mesures de construction ou d'aménagement envisageables avaient été prises, sans que les VLI puissent être respectées. En particulier, les constructeurs n'avaient pris aucune mesure technique ou architecturale permettant de limiter les nuisances sonores au niveau des fenêtres. Dans ces conditions, une autorisation exceptionnelle au titre de l'art. 31 al. 2 OPB ne pouvait être envisagée. Quoi qu'il en soit, l'OFEV est d'avis qu'il est douteux que l'immeuble projeté présente un "intérêt prépondérant" par rapport à la protection des habitants contre le bruit extérieur.
En réaction aux observations de l'OFEV, les intimés ont admis, dans leur écriture du 16 juillet 2013, qu'ils n'avaient pas étudié d'autres mesures constructives, à part un éventuel recul du bâtiment par rapport à l'avenue des Bains, lors de la mise à l'enquête. Ils faisaient dès lors une proposition concrète, en joignant un projet à leurs déterminations. Ce projet, élaboré par le bureau "aer - Acoustical Engineering & Research Sàrl" permettrait de respecter strictement les VLI imposées par l'annexe 3 OPB: il s'agit de modifier légèrement les fenêtres de la façade Est pour les munir d'un guichet ouvrable, dans la partie inférieure, munie d'un écran en verre antibruit. Une autre solution, moins esthétique et certainement moins confortable, d'un point de vue de l'accès à l'extérieur des fenêtres, serait également possible: elle consisterait à protéger l'entier de l'ouverture par un verre antibruit.
3.4. L'écriture des intimés du 16 juillet 2013 confirme l'appréciation de l'OFEV selon laquelle toutes les mesures de construction ou d'aménagement susceptibles de protéger le bâtiment contre le bruit, au sens de l'art. 31 al. 1 OPB, n'ont pas été prises. Dans ces conditions, l'autorisation exceptionnelle de l'art. 31 al. 2 OPB ne peut pas être envisagée. En confirmant l'autorisation de construire litigieuse, le Tribunal cantonal a dès lors violé ces dispositions de droit fédéral.
En vertu de l'art. 99 al. 1 LTF, aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente. Il n'appartient dès lors pas au Tribunal fédéral de prendre en compte le projet complémentaire transmis le 16 juillet 2013 par les intimés et de vérifier si celui-ci permet ou non de respecter les exigences de l'OPB en matière de protection contre le bruit du trafic routier. Il convient par conséquent d'admettre le recours, d'annuler l'arrêt attaqué et de renvoyer la cause au Tribunal cantonal, pour qu'il tienne compte de ces pièces et rende une nouvelle décision. Ce faisant, le Tribunal cantonal procédera dans les meilleurs délais, l'immeuble projeté étant actuellement en cours de construction.
4.
Il résulte de ce qui précède que le recours doit être admis, sans qu'il soit besoin d'examiner le grief des recourants relatif à l'application de l'art. 31 al. 2 OPB. La cause est renvoyée au Tribunal cantonal pour instruction complémentaire et nouvelle décision au sens des considérants.
Les frais judiciaires sont mis à la charge des intimés qui succombent (art. 66 al. 1 et 5 LTF). Ceux-ci verseront en outre une indemnité de dépens aux recourants qui obtiennent gain de cause avec l'assistance d'un avocat (art. 68 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1.
Le recours est admis. L'arrêt attaqué est annulé et la cause est renvoyée au Tribunal cantonal pour instruction complémentaire et nouvelle décision au sens des considérants.
2.
Les frais judiciaires, fixés à 3'000 fr., sont mis à la charge des intimés, solidairement entre eux.
3.
Une indemnité de dépens de 4'000 fr., à charge des intimés, est allouée aux recourants.
4.
Le présent arrêt est communiqué aux parties, à la Municipalité de Lausanne, à la Direction générale de l'environnement (DGE) Division de support stratégique, au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Cour de droit administratif et public, et à l'Office fédéral de l'environnement, Division Droit.
Lausanne, le 27 août 2013
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Mabillard