L'acoustique est la partie de la physique qui traite des sons (production, propagation, perception auditive)
Pour comprendre la raison de certaines difficultés il est indispensable d'avoir un minimum de connaissances des phénomènes qui entrent en jeu lors de la diffusion d'un message en milieu réverbérant.
 Comment émet une source sonore ? |
Les caractéristiques d'une source sonore (locuteur, instrument de musique, haut-parleur) peuvent être très différentes. Les sources ont toutefois en commun d'émettre simultanément dans différentes directions ce que nous considérerons pour plus de commodité comme des "rayons" sonores.
Au départ chaque rayon sonore a une direction et un énergie propre.
Quand un rayon rencontre une paroi, il rebondit dessus à la manière d'une boule de billard et continue son chemin sous une incidence différente. A chaque réflexion une partie plus ou moins importante de l'énergie est absorbée. Les rebonds vont se produire jusqu'à ce que l'énergie du rayon sonore soit épuisée. Comme le son se propage à environ 340 mètres par seconde et qu'une multitude de rayons sonores sont émis simultanément par la source, dans toutes les directions, on conçoit aisément que cette partie de billard en trois dimensions devienne vite un effroyable enchevêtrement.
Les différents rayons sonores empruntent des trajets de longueurs différentes qui entraînent à leur tour des décalages temporels différents.
La traînée sonore qui en résulte est appelée "réverbération" ou encore TR60. C'est la durée que met le son pour s'atténuer de 60 décibels, c'est à dire pour n'être quasiment plus perceptible.
Chaque source sonore a ses propres caractéristiques de directivités et de répartition d'énergie qui peuvent être très variables.
Il y a interaction entre une source sonore et son environnement acoustique. Cela explique que des sources différentes placées de façon identique n'exciteront pas de la même façon les résonances d'un lieu. De même, une même source placée à des endroits différents ne rendra pas de la même façon.
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| Un peu d'acoustique architecturale |
Absorption et réflexions
Quand une onde sonore rencontre une paroi, une partie de son énergie est absorbée, l'autre est réfléchie. L'énergie réfléchie continuera son gymkhana entre les parois et les obstacles. Selon les caractéristiques des surfaces rencontrées l'énergie peut être plus ou moins absorbée. C'est la raison pour laquelle le temps de réverbération sera court dans une pièce aux parois absorbantes (laine de roche, tentures, tapis, plafond acoustique) et sera long dans une pièce sonore (murs nus, ciment, pierres, carrelages, vitres, bois vernis). Le trajet dans l'air absorbe aussi une partie de l'énergie ce qui fait que, même dans des endroits extrêmement réverbérants, l'énergie finit par être absorbée lentement.
Fréquence et longueur d'onde
Le son se déplace à environ 340 mètres par seconde (la célérité exacte du son dépend notamment de la température).
On peut calculer la longueur d'onde d'une fréquence donnée par la formule : vitesse du son / fréquence. Exemple : 340 m/s divisé par 1000 Hertz = 0,34 mètre de longueur d'onde pour une fréquence de 1000 Hertz.
Les longueurs d'ondes dans le domaine audio, de 20 à 20000 Hertz, varieront donc de : 17 mètres pour les graves à 0,02 mètre pour les aigus.
Relation entre la longueur d'onde et la taille d'un obstacle
- Si un obstacle est petit par rapport à la longueur d'onde, il sera quasiment ignoré.
- Si les dimensions de l'obstacle sont en rapport avec la longueur d'onde, cela donnera lieu à un phénomène de diffusion.
- Si l'obstacle est grand vis à vis de la longueur d'onde, il y aura réflexion.
Ces effets se combinent en fonction des fréquences (et donc des longueurs d'ondes) et participent à un brassage plus ou moins complexe de "rayons sonores".
Diffusion et diffraction
Une onde sonore qui rencontre une paroi plate rebondit dessus.
En revanche, quand une onde de longueur d'onde appropriée vient frapper un obstacle de forme complexe elle se fractionne en diverses nouvelles ondes d'incidences variées. Elle "diffuse". L'énergie non absorbée par l'obstacle se répartit entre les différents rayons diffusés. Ce phénomène est notamment utilisé dans nombre de salles de concerts et de théâtres. Cet effet est généralement profitable.
La "diffraction" modifie le trajet mais ce n'est pas un phénomène de rebond.
La diffraction est le phénomène par lequel les rayons issus d'une source ponctuelle sont déviés de leur trajectoire rectiligne lorsqu'ils rasent les bords d'un obstacle. Avec le son ce phénomène se manifeste, par exemple, à l'angle d'un mur ou d'un pilier. Là où il devrait théoriquement y avoir une zone d'ombre derrière le mur ou le pilier, une partie du son est encore perceptible grâce au phénomène de diffraction qui en infléchit le parcours.
Résonances acoustiques
Les résonances peuvent avoir plusieurs origines.
- Un régime de résonances particulier, appelé "ondes stationnaires" s'établit entre deux parois parallèles à certaines fréquences dont la longueur d'onde est en rapport avec l'écartement des parois.
- La recombinaison aléatoire des différentes ondes qui rebondissent sur les parois peut concourir à atténuer ou à renforcer certaines fréquences.
- Le temps de réverbération étant variable avec la fréquence, cela peut contribuer à favoriser l'émergence de certaines bandes de fréquences.
Echos
Pour qu'il y ait écho, il faut que la différence de marche entre deux trajets soit supérieure à 35 ou 40 millisecondes (35 millisecondes = 12 mètres. 40 millisecondes = 14 mètres). On perçoit alors une répétition du son qui peut être plus ou moins noyée dans la réverbération.
En résumé
Compte tenu de la complexité des réactions acoustiques qui peuvent se manifester, on comprend qu'il n'existe pas deux lieux, même apparemment fort semblables, ayant les mêmes caractéristiques acoustiques.
L'essentiel des effets précités entachent l'intelligibilité et il convient de les combattre avec des moyens acoustiques, ou de les contourner avec des moyens électroacoustiques, afin de faire émerger autant que possible le message utile.
Contre toute attente, certains lieux paraissant problématiques sont parfois sonorisés relativement facilement. A l'inverse des lieux semblant disposer d'une "bonne" acoustique peuvent s'avérer extrêmement difficiles à sonoriser. L'acoustique des églises, notamment, est particulièrement "piégeuse".
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