Critères de l'acoustique de salle:
| Caractérisation des Sources: | · La puissance E(Watt) · La directivité Omnidirectionnelle ou directive Diagramme polaire · Le contenu sonore fréquentiel temporel harmonique stationnaire et transitoire · Le mesurable courbe de réponse fonction de transfert réponse impulsionnelle sonagrammes waterfall linéarité |
| Caractérisation du milieu de propagation (la salle) | · Le volume · La forme géométrique focalisation polarisation couplage · Les taux de température et d’humidité · La dispersion (variation de la célérité du son) · La diffusion (absorption) · La réfraction (variation d’incidence) · La dissipation (chaleur) |
| Matériaux et "obstacles" | · Diffusion : réflexion spéculaire ,réfraction, diffraction · Impédance des matériaux en fonction de la fréquence · Angle d’incidence du rayonnement sonore · Couplage par transmission solidienne |
| Effets | · Le couplage · La diffraction · La résonance · La source de bruit |
| Critères Acoustiques humains | · La localisation / spacialisation · Clarté, définition · Réverbération (rt 60) · Intelligibilité |
Absorption :
Lorsqu'une onde sonore rencontre un matériau/obstacle, une partie de son intensité (énergie) est réfléchie. Une autre partie est transmise à travers le matériau, et une dernière partie est absorbée. La proportion de chaque partie est dépendante de la fréquence et de la densité du matériau. L'absorption est une transformation de l'énergie acoustique en énergie mécanique (des mouvements, déplacements, vibrations) et parfois calorifique, et a lieu essentiellement en surface du dit matériau. N'oublions pas que les énergies acoustiques sont toujours faibles, donc les manifestations du phénomène sont le plus souvent inférieures à la limite de la perception humaine.
Note: Il faut un coefficient d’absorption de 0,5 pour obtenir une réduction de 3 dB (10 log 0,5) sur l’onde réfléchie par rapport à l’onde incidente.
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I = Ireflechie + Iabsorbe + Itransmise donne I = Ir + IA (A = alfa et I=intensité)
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On définit pour caractériser le phénomène le coefficient d’absorption appellé généralement alfa(A)
A= IA / I , et de réflexion r = Ir / I
Il y a 2 coefficients, seul Alfa est nécessaire car la qualité correspond en général à alfa élevé.
Note: Il ne faut pas confondre ABSORPTION et ISOLATION : l'absorption, c'est un Alfa élevé, ou Ir faible; l'isolation est importante si It est très faible. Augmenter l'absorption, donc a, fait diminuer r, mais pas It ! L' absorption est un phénomène de surface, et en général, est obtenue avec des matériaux légers. L'isolation ne peut être obtenue qu'avec de la masse, ou des couches multiples, comprenant éventuellement un absorbant dans une lame d'air entourée de part et d'autre d'éléments massifs. L'absorbant absorbe s'il est placé en surface seulement, et éventuellement améliore l'isolation s'il est recouvert d'un matériau opaque, continu, un peu massique.
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La réflexion se fait théoriquement de telle manière que l’angle de réflexion est le même que l’angle d’incidence par rapport au plan de l’obstacle. Lorsque la surface de l’obstacle est accidentée le plan de surface à considérer va dépendre du rapport entre la taille des accidents de surface et la longueur d’onde. Lorsque la longueur d’onde est de même taille ou supérieur que les irrégularités de surface, Il y a réflexion multiple . L’énergie acoustique repart dans de multiples directions |
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Plus une paroi présente des irrégularités de taille différente, plus elle diffusera un grand nombre de fréquences, le son dans la pièce est plus homogène (spectre). L’énergie renvoyée par chaque réflexion sera réduite. La sensation de reverb ou echo sera faible (pièce mat). Dans les studios; pour les control-rooms, on voit l'utilisations de diffuseurs à résidu quadratiques. Ils découlent d'un calcul mathématique précis et permettent de traiter une large gamme de fréquences. |
Réverbération:
Entre une source et l'auditeur, c'est la distance la plus courte (sans réflexion); c'est le son direct. Les ondes réfléchies vont arriver à l'oreille "en retard" par rapport à l'onde direct. L'oreille ne perçoit pas la répétition jusqu'à 15mS environ, on parle de délai. Les ondes arrivant après 15mS créeront l'echo (chez l'homme).
note: Une réverb est un délai avec en plus le timbre du matériau réfléchissant.
Statistiquement, dans un local de forme simple, il est évident que les rayons suivant des trajets de plus en plus longs, arrivant de plus en plus tardivement, ont toutes les chances d'avoir subi plus de réflexions, et donc si les coefficients d'absorption sont tous du même ordre de grandeur, d'avoir des énergies de plus en plus faibles.
Ces phénomènes sont rapides : à la vitesse de 330 m/sec, dans un local dont les dimensions sont de l'ordre de 10 mètres, une trentaine de réflexions ont lieu en 1 seconde.
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Temps de réverbération:
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On enregistre la variation du signal sonore en un point du local après une impulsion, on constate: · une décroissance assimilée à une droite sur le croquis · que la pente de cette droite ne dépend (presque) pas du point de mesure, elle est (presque) constante en tous points; · mais elle dépend de la fréquence et sa longueur d'onde. On caractérise le phénomène par la notion de Temps de Réverbération, noté Tr en français et RT60 en anglais. Tr est défini (voir schéma) comme le temps en secondes mis par le signal pour décroître de 60 dB. les valeurs de TR usuellement constatées vont de quelques 1/10èmes à quelques secondes. On constate facilement que la réverbération est très importante dans des locaux grands, et dont les surfaces sont constituées de matériaux lisses, durs, rigides, plans, comme béton, pierres, carrelage, plaques métalliques, verre, et vides, sans ou avec peu de meubles ou de personnes. par exemple : églises, salles de sports, halls commerciaux d'aspect brut On pourrait faire cette caractérisation par la pente de décroissance en dB/seconde. On rencontre parfois cette notion, ainsi que celle de l' EDT (early decay time), qui est le temps correspondant aux 10 premiers dB de décroissance. |
Lorsque les conditions sont différentes, on trouve des décroissances en forme de ligne brisée, avec des pentes variables entre le début et la fin de la décroissance, des pentes dépendant du point de mesure, surtout si les matériaux de surface ont des coefficients d'absorption très différents entre différentes zônes du local. Ceci est courant surtout dans les fréquences basses. Un cas typique de géométrie engendrant ces réverbérations non linéaires est la salle de spectacle avec scène, si la largeur de l'ouverture entre les 2 parties est plus petite que la largeur des parties, ou bien lorsque 2 locaux sont séparés par une grande porte ouverte.
Calcul du temps de réverbération Tr : Tr = 0,16 V/A (formule de Sabine, il en existe d'autres)
V = volume en m3
A = "surface d’absorption" du local en m2 = moyenne des Alfas X S
alfa i = Ai = coefficient d’absorption "sabine" du matériau i et de surface Si (en M²)
L'oreille humaine et le temps de réverbération:
Haas effect: (effet Haas)
Lorsque 2 sons identiques nous parviennent avec un décalage temporel, nous n'en entendons qu'un seul si le décalage est très court (15mS>) et nous les percevons séparés (echo) s'il est plus grand. La différence de niveau sonore entre le son direct et le son réfléchi réfléchi aide dans ce sens. Néanmoins au-delà de 30 millisecondes, nous entendons toujours 2 sons distincts. Plus la différence d'intensité est grande, moins nette est la séparation .On appelle écho une séparation très évidente, donc lorsque le décalage en temps est élevé et la différence de niveau faible, comme en présence d'une surface très réfléchissante unique pas très proche qui renvoie une forte intensité. (30 msec correspond à un trajet de l'onde de 10 mètres), ce qui se produit rarement dans une salle, mais plutôt dans des situations particulières en extérieur.
L'effet est bénéfique pour la perception si nous entendons un seul son "grossi" par l'ajout temporel, et négatif si notre oreille fait une distinction et en perçoit 2. La réverbération courte est intéressante (renforce le message), La réverbération longue génère de l'echo. Les réflexions sur des surfaces proches de la source sonore ont un effet positif sur la perception, celles sur des surfaces lointaines, surtout si elles sont isolées et importantes, un effet négatif.
En sonorisation, l'effet Haas permet malgré les enceintes de déterminer la position physique des artistes sur la scène
Influence du temps de réverbération :
Selon le cahier des charges d'une pièce (conférence, musique, théâtre, ..), le Tr est différent. L'histoire de l'art démontre un rapport évident entre les matériaux de surface employés dans les salles d'écoute et les tempo des musiques. Ce sont les musiques qui s'adaptaient aux locaux et pas l'inverse! Ecouter du Rock dans une église est inaudible, hors le Gospel ou l'orgue sonnent parfaitement. Adapter les locaux aux musiques ou théâtre etc., n'est pas impossible. Il faut maîtriser la réverbération (Tr), ce traitement acoustique s'appelle la correction. (tout le monde connait l'effet des boites à oeufs)
Exemple:
Musique rapide Tr faible < 1,4
Conférence, parole, musique 1,4<2,1
En long Tr je ne vois que la musique religieuse (orgue) 2,1
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Avec un Tr faible, le 1er signal élémentaire émis "traine" un peu, mais a déjà beaucoup diminué lorsque le 2ème est émis. L'intelligibilité du message est correcte. |
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Avec un Tr élevé et le même intervalle temporel d'émission, on constate que le 1er a peu diminué lorsque le 2ème est émis : les 2 sons se mélangent, la distinction, donc la compréhension du message sonore, est plus difficile. |
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Pour améliorer l'intelligibilité avec Tr élevé, et la rendre analogue à celle obtenue avec un Tr faible, il suffit d'augmenter l'intervalle d'émission des 2 signaux. Pour un discours, il faut parler plus lentement; En musique avoir un tempo moins rapide. Une écoute dans une salle à réverbération importante oblige à une attention plus soutenue et fatigue physiquement. |
Somme de deux ondes décalées temporellement:
Lorsque deux ondes identiques ne parcourent pas la même distance avant d’arriver jusqu’à nous, il se produit un décalage temporel entre les deux signaux. Ce décalage produit alors une rotation de phase variable avec la fréquence. À certaines fréquences, les ondes s’additionneront, alors qu’à d’autres elles s’annuleront.
Ondes stationnaires:
Les ondes stationnaires se produisent lorsque deux surfaces réfléchissantes se trouvent face à face (effet ping pong). Pour certaines fréquences liées à la distance entre les deux surfaces parallèles, l’onde réfléchie interfère avec l’onde incidente et crée une forme stationnaire avec des minimums et des maximums de volume sonore.
Ce phénomène crée des résonances très désagréables à l’oreille. Les ondes stationnaires apparaissent lorsque la longueur d’onde de la source est un multiple d’une 1/2 fois la distance entre les deux parois.
Diffraction d'une onde:
La diffraction est un phénomène complexe qui permet à une onde de contourner les obstacles. Plus la longueur d’onde est grande (bas du spectre) devant la taille de l’obstacle plus elle le contournera facilement. Inversement pour les hautes fréquences, le contournement d’un objet imposant devient difficile.
A suivre: NOTIONS DE CORRECTION ET ISOLATION