Modes de salle
Nous commençons par un phénomène inhérent à toutes les pièces et qui est en même temps l'un des points de départ de l'optimisation acoustique, appelé modes de salle. Également appelés modes propres de salle, résonances de salle ou fréquences propres de la pièce, le mot, un peu étrange à l'oreille, se comprend mieux si on le ramène à son équivalent anglais "Room mode" ou mieux encore au mot latin "modus". Cela signifie – selon le contexte – "mesure" ou "taille", mais aussi "limite", "restriction" ou bien "manière" ou "façon". En fait, ces traductions sont très pertinentes, car les modes de salle décrivent le caractère acoustique d'une pièce, qui est largement défini par ses proportions ou ses limites.
Si l'on veut éviter au maximum les détails physiques, les fréquences propres d'une pièce peuvent être décrites ainsi : Si l'on diffuse de la musique dans une pièce vide, des ondes sonores de fréquences très différentes, et donc de longueurs d'onde différentes, apparaissent et disparaissent en conséquence. Ces ondes sonores se propagent et sont réfléchies par les murs selon un principe connu : l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. En fonction de la géométrie de la pièce, il existe alors un groupe d'ondes sonores dont la longueur d'onde "s'adapte" particulièrement bien à la pièce. Ce n'est pas une raison de se réjouir, car elles sont réfléchies par les murs de manière à perdre beaucoup moins d'énergie et à influencer l'impression sonore beaucoup plus intensément et plus longtemps que les fréquences qui n'appartiennent pas à ce groupe et qui s'atténuent beaucoup plus rapidement. Le spectre réel de la musique reproduite est ainsi déformé. Ce groupe d'ondes est également appelé "ondes stationnaires".
Ceux qui souhaitent approfondir le sujet sont invités à lire les paragraphes suivants. Il est également possible de reprendre la lecture un peu plus bas, à l'endroit mis en gras.
Les ondes stationnaires apparaissent lorsque un multiple entier (une fois, deux fois, trois fois, ...) de la demi-longueur d'onde d'une onde sonore s'inscrit exactement dans une pièce. La condition limite est qu'il y ait toujours des ventres de pression aux murs, car les particules d'air ne peuvent pas s'y déplacer. Pendant que l'onde stationnaire parcourt la pièce, il y a donc, selon la longueur d'onde, des ventres de pression (maxima) et des nœuds de pression (minima) à différents endroits, mais aux murs, il y a dans tous les cas des ventres de pression.
Un exemple est d'une grande aide pour illustrer cela. Pour des raisons de simplicité, la vitesse du son est calculée à 340 m/s :
Un son sinusoïdal d'une fréquence de 40 Hz a une longueur d'onde de 8,5 mètres. Entre deux murs parallèles, espacés de la demi-longueur d'onde – soit 4,25 mètres – l'onde sonore de 40 Hz serait une onde stationnaire et en même temps la première fréquence propre ou fréquence fondamentale de la pièce, car la demi-longueur d'onde s'y inscrit exactement une fois. À partir de cette fréquence fondamentale, on peut également déduire les fréquences propres suivantes entre nos deux murs, car elles sont toutes toujours en relation avec la fréquence fondamentale :
La demi-longueur d'onde de 40 Hz s'inscrit une fois (1*4,25 m) dans la pièce.
La demi-longueur d'onde de 80 Hz s'inscrit deux fois (2*2,125 m = 4,25 m) dans la pièce.
La demi-longueur d'onde de 120 Hz s'inscrit trois fois (3*1,4167 m = 4,25 m) dans la pièce.
Et ainsi de suite …
La formule générale est : Fréquence propre (n) = c/2 * n/a.
c est la vitesse du son.
n est un nombre entier (1, 2, 3, 4, ...) et nous renseigne sur le rang de la fréquence propre.
a est la distance entre les deux murs.
Ceci est fait et, espérons-le, assez compréhensible. La mauvaise nouvelle est maintenant que notre exemple ne s'applique qu'à l'espace unidimensionnel. Pour les espaces tridimensionnels – veuillez nous contacter immédiatement si votre salle d'écoute est bidimensionnelle ou quadridimensionnelle ! – toutes les dimensions doivent être prises en compte en conséquence, de sorte qu'en réalité, on a affaire à une interaction complexe des fréquences propres. La bonne nouvelle, en revanche, est que nous ne nous y attarderons pas plus, et que cela deviendra plus simple. Ceux qui souhaitent comprendre les modes de leur pièce et avoir un aperçu des ventres et des nœuds de pression des différentes fréquences, sont invités à consulter le calculateur de modes de pièce de Hunecke Raumakustik.
Il est important de souligner une fois de plus que les modes d'une pièce peuvent avoir des effets différents selon la position d'écoute. Ainsi, à certains endroits de la pièce, des suraccentuations prolongées – par exemple la basse ronflante typique – peuvent se produire, tandis que quelques pas plus loin, des annulations donnent l'impression que cette plage de fréquences est totalement sous-représentée. Les modes de pièce ne peuvent d'ailleurs pas être évités par des mesures d'acoustique architecturale. On essaie plutôt d'obtenir une bonne répartition des fréquences propres, de sorte qu'elles soient réparties aussi largement que possible dans le spectre et ne s'accumulent pas dans certaines plages de fréquences. De plus, les modes peuvent être atténués de manière ciblée et la position d'écoute optimisée. Les pièces carrées sont particulièrement problématiques (heureusement, il n'y en a nulle part...), car les murs parallèles offrent une excellente surface de projection pour les ondes sonores. Cela boucle la boucle avec la salle de conférence vitrée mentionnée au début. La combinaison de matériaux, de formes et d'un méli-mélo acoustique de voix conduit très probablement à une accumulation insupportable de certaines plages de fréquences où plusieurs fréquences propres sont proches les unes des autres. Ainsi, une conversation raisonnable devient acoustiquement quasi impossible.
À ce stade, il convient de signaler un autre phénomène acoustique : les pièces aux murs durs et à la surface carrée sont prédestinées à produire des échos flottants. Le va-et-vient des ondes sonores peut y être très bien observé. Si vous applaudissez, vous entendrez peut-être de nombreux échos courts, qui peuvent même avoir un caractère tonal et rester un certain temps dans la pièce avant de s'estomper. Nous arrivons ainsi à un autre critère important dans l'analyse acoustique d'une pièce.
Temps de réverbération
Le temps de réverbération décrit le temps nécessaire pour qu'un événement sonore perde 60 dB de niveau de pression acoustique dans une pièce. De notre étude des modes de salle, nous retenons que la taille et la géométrie sont déterminantes pour la durée et l'intensité de la réverbération des fréquences individuelles d'un événement sonore. En outre, les propriétés acoustiques des différents matériaux ou objets à l'intérieur de la pièce peuvent avoir un impact très significatif sur le temps de réverbération. Cette circonstance est mise à profit lors des optimisations acoustiques des pièces. La mesure dans laquelle nous sommes habitués aux réflexions acoustiques de notre environnement, même si nous les percevons rarement séparément d'un événement sonore, est démontrée par un séjour dans une chambre anéchoïque. Comme son nom l'indique, celle-ci est construite de telle sorte que presque aucune réflexion ne se produit, et la simple présence y provoque une sensation étrange et oppressante.
Son direct et son diffus
Pour finir, nous allons aborder les notions de son direct et de son diffus. Le son direct atteint l'auditeur sans détour, c'est-à-dire qu'il parvient par exemple d'un instrument ou d'un haut-parleur directement à l'oreille, tandis que le son diffus n'y arrive qu'après au moins une réflexion. Plus il y a de réflexions avant la perception par l'ouïe, plus le spectre de fréquences a été altéré et une localisation spatiale de l'événement sonore n'est plus aussi facilement possible. La zone autour d'une source sonore où le niveau de pression acoustique du son direct est supérieur à celui du son diffus est appelée champ direct ou champ libre. Si les conditions sont inverses, on parle de champ diffus. Là où les deux niveaux sont égaux, se trouve ce que l'on appelle le rayon de réverbération.
Nous voici au terme de notre petit tour d'horizon des notions clés de l'acoustique des salles et espérons que nos explications ont été à la fois compréhensibles et intéressantes. Si l'acoustique des salles dans vos quatre murs vous intéresse, n'hésitez pas à visiter notre partenaire Davidsound. Fin juillet et début août, vous aurez l'occasion de vous faire une idée des différents éléments acoustiques dans votre environnement de vie ou d'écoute. Vous trouverez de plus amples informations sur notre blog.
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