Le son - création, propagation, perception

Origine et propagation du son C'est la vibration des molécules d'air qui est à l'origine du son et de sa propagation. Dans le cas d'un silence parfait, les molécules d'air sont immobiles. Soumises à une sollicitation quelconque les molécules d'air oscillent autour de leur position d'équilibre. Si l'oscillation est lente, le son est grave; si l'oscillation est rapide, le son est aigu. Si l'amplitude du mouvement est faible, le niveau sonore est faible; si l'amplitude du mouvement est importante, le niveau sonore est élevé. Les caractéristiques de viscosité de l'air font que les molécules d'air s'ébranlent mutuellement de proche en proche pour propager le son. Il ne s'agit pas d'un courant d'air, il n'y a pas de déplacement d'air. C'est uniquement une onde de pression qui propage le signal. L'effet est similaire à celui produit quand on lance une pierre dans un mare; on voit des ondes se propager autour du point d'impact. Si un bouchon flotte à la surface de la mare il va monter et descendre au gré des ondes, mais ne se déplacera pas horizontalement. Il n'y a pas de déplacement d'eau, de courant. Pour mettre une molécule d'air en mouvement il faut lui appliquer une certaine force. On parle alors de "pression sonore". Pour plus de commodité on traduira cette pression en décibels, unité en relation avec la sensibilité de l'oreille. Sensibilité de l'oreille et décibels La sensibilité de l'oreille n'est pas linéaire en fonction du niveau sonore. Prenons l'exemple d'une voiture qui klaxonne. L'énergie sonore émise fournira une certaine sensation auditive. Si deux voitures identiques klaxonnent en même temps, on aura pas pour autant l'impression que le niveau sonore a doublé. Et de fait, le niveau sonore n'aura augmenté que de 3 décibels. Il faut que dix voitures klaxonnent en même temps pour avoir l'impression que le niveau sonore double. Pour avoir à nouveau la sensation que le niveau sonore double, il faudra dix fois plus de voitures, soit 100, et ainsi de suite. Ce rapport de 10/1 correspond en mathématiques aux logarithmes de base 10. On dira donc que la sensation auditive est égale au logarithme de l'excitation. Plutôt que de manipuler des pressions allant de 1 (seuil d'audibilité) à 100 000 000 000 000 (seuil de la douleur), on utilisera  une échelle en décibels allant de 0 à 140 dB. Zone de perception auditive Notre système d'audition perçoit les sons dans une gamme de pression allant de 1 à 1014, soit de 0 à 140 décibels. Statistiquement, une oreille en bonne santé perçoit les sons dans une gamme de fréquences allant de 20 à 20 000 Hertz (1 Hertz = une vibration par seconde). Quand le niveau sonore varie, la sensibilité de l'oreille varie elle aussi, mais en fonction de la fréquence. Pour un niveau sonore donné, toutes les fréquences ne sont pas perçues avec la même acuité. A faibles niveaux la sensibilité de l'oreille est très marquée aux alentours de 3000 Hz (zone de tessiture de la voix) alors que les aigus, et surtout les graves, sont beaucoup moins bien perçus. En augmentant le niveau, la courbe de sensibilité de l'oreille tend progressivement à se régulariser. Il subsiste cependant à tous les niveaux  des irrégularités qui sont  attribuées à des résonances  des diverses  cavités de l'oreille. Perception auditive et décalages temporels Une particularité importante de notre système d'audition est sa sensibilité aux décalages temporels. Dans certains cas il est possible de percevoir des décalages de l'ordre de 1 ms (1 milliseconde). C'est ce qui permet de situer l'origine d'un son, même entachée par la réverbération. L'oreille a un temps d'intégration d'environ 35 à 70 ms. Ce temps d'intégration est fonction de l'incidence des signaux. Dans cet intervalle les signaux décalés ne sont pas perçus séparément. En revanche, quand le temps d'intégration de l'oreille est dépassé, une gène apparaît. Niveaux relatifs des sons directs et réverbérés En pratique, l'existence d'un son secondaire décalé de plus de 35 à 40 millisecondes à une influence négative sur la compréhension de la parole et sur certains types de musiques. Le signal décalé dans le temps est plus ou moins gênant selon qu'il est plus ou moins puissant comparé au son direct initial. Si le niveau des sons réverbérés est égal ou supérieur de 10 dB par rapport au signal original, une gêne existe et ne varie pas considérablement. En revanche un affaiblissement de 3 dB de la réverbération par rapport au niveau du son initial est déjà très bénéfique. A - 6  dB et à - 10 dB les sons décalés ne sont pour ainsi dire plus gênants du tout. D'où l'intérêt d'atténuer les résonances.