Des possibilités de correction de l environnement acoustique. Par. PERALES-ELIZALDE Armand Jacques Formation Technicien d Exploitation du Son

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1 Des possibilités de correction de l environnement acoustique Par PERALES-ELIZALDE Armand Jacques Formation Technicien d Exploitation du Son

2 INTRODUCTION Lors du stage effectué dans le cadre de la formation de technicien d exploitation du son dans les locaux d Euromédia, deux audits de mixage ont été installés afin d effectuer le mixage d une série TV. Bien que le sujet ne soit pas à ma portée, j ai souhaité en parler car c est lors de ces expériences que m est apparu, qu afin de pouvoir travailler par la suite dans un environnement convenable et dans les meilleures conditions, il est important de connaître le comportement du son dans le milieu ambiant, afin de pouvoir, au mieux, gérer son espace sonore. Le sujet ici mis à l étude traitera de l acoustique, plus particulièrement du comportement des ondes sonores dans un lieu, afin de démontrer l importance du traitement de l espace sonore, à l aide de divers matériaux ainsi que la correction de l environnement acoustique aux moyens structures et de processeurs tels que ceux développés par la firme Trinnov. PLAN : I) Le son phénomène physique P.2 A) Rappel des fondamentaux d acoustique... P.2 B) Euromédia : Les studios de Bry P.4 II) Du traitement de l environnement acoustique... P.7 A) Le traitement grâce à différents matériaux.. P.7 B) Le traitement grâce au processing.... P.9 Conclusion..... P.13 Annexe P.13 1

3 I) Le son phénomène physique Le son peut être défini selon deux critères différents. Un critère purement physique et un critère psychologique. En effet un son correspond à toute vibration capable d éveiller la sensation auditive, puisqu en réalité il ne s agit que d une partie définie des ondes que l on peut rencontrer dans le monde de la physique ondulatoire. (Optique, électromagnétisme, etc ). Dans cette première partie, nous allons voir, dans un premier temps, ce qu est une onde sonore ainsi que ses caractéristiques, et, dans un second temps, comment se comporte une onde sonore dans le milieu ambiant. A) Rappel des fondamentaux d acoustique. Le son se défini physiquement comme une onde mécanique, c est-à-dire qu elle se déplace de proche en proche dans un milieu, utilisant la matière du milieu comme support de transmission, transmettant ainsi son énergie sans déplacement de matière. Le son est donc dû à l oscillation des particules d un corps, généralement solide, autour de leur position d origine ou d équilibre. Cette oscillation va entraîner des variations de pression (successivement compression et raréfaction) du milieu qui entoure le corps en vibration. (fig. 1). FIG 1 : L amplitude : Il s agit de la valeur crête à crête d un signal. Dans un signal périodique sinusoïdal, l amplitude est constante. Temps et durée : Le temps est mesuré à partir d un temps t 0 choisi arbitrairement. Il s exprime en seconde (s). La durée est la différence entre la fin et le début d un évènement sonore. La période : Pour un motif élémentaire, une période est le cycle le plus court mis par un évènement pour retrouver son état initial. Il est donné en secondes «s». La période est l inverse de la fréquence et est donnée par la formule : T = 1 F 2

4 La fréquence : Pour un motif élémentaire de type sinusoïde, il s agit du nombre de cycles par seconde. La fréquence est l inverse de la période et est donnée par la formule : F = 1 T La longueur d onde : La longueur d onde est directement liée à la période. Il s agit de la distance, en mètre, parcourue par une onde progressive au cours d une période. Afin qu un son parvienne aux oreilles il lui faut une certaine force, renseignée par l amplitude de la variation de pression atmosphérique. C est cette amplitude qui donne la sensation d intensité. - Les sons purs et les sons complexes : La nature des vibrations acoustiques audibles peut être périodique, apériodique ou encore une combinaison de ces deux natures. Les sons périodiques suivent un motif particulier, la forme d onde, qui se répète dans le temps et donnent, en général, une sensation de hauteur. Les sons apériodiques sont des sons caractérisés par des variations de pressions imprévisibles et ne correspondant pas à un régime sinusoïdal Elles donnent une sensation de bruit. Un son composé d une seule fréquence sinusoïdale est appelé son pur. Les sons purs ne se trouvent pas dans la nature. Seul les synthétiseurs et les générateurs de sons peuvent en produire. En général, les sons acoustiques contiennent des fréquences autres que la fréquence fondamentale, les harmoniques. Les fréquences harmoniques sont des fréquences multiples de la fondamentale (1 fois la fondamentale, 2 fois la fondamentale ). Celles-ci s additionnent à la fréquence fondamentale pour former un son complexe, ce qui donne lieu à la perception du timbre d un son. Fig. 2 : - Propagation du son à travers un obstacle Quand une onde sonore rencontre un obstacle, absorbée et/ou transmise. Une partie de l onde est réfléchie et renvoyée dans la pièce. Une autre partie est absorbée et disparaît en se transformant en chaleur par dissipation. Enfin l énergie restante est transmise à travers l obstacle. (Fig. 2) - Réflexion La réflexion des ondes sonores est la cause des échos, de la réverbération, des résonances et diverses interférences. Lorsqu une onde heurte un obstacle de dimension supérieur à sa longueur d onde, elle est réfléchie. Ni la fréquence ni la longueur d onde ne sont modifiées au cours de la réflexion. L amplitude diminue selon l absorption de la surface réfléchissante. (Fig. 6) 3

5 - La réverbération et RT60 La réverbération est la persistance naturelle du son après arrêt de diffusion de la source. Elle provient des réflexions sur les différentes surfaces de la pièce. Sa durée appelée RT60 correspond au temps écoulé pour que l énergie sonore perde 60dB. Elle est donnée par la formule de Sabine - Les ondes stationnaires Ce sont les résonances graves qui affectent la clarté et la définition aux basses fréquences. Il s agit de l addition de deux ondes de même fréquences se propageant dans un même milieu dans deux directions opposées. Il se produit alors une onde qui elle ne se déplace pas d où le nom de stationnaire. Les ondes stationnaires apparaissent dans un volume à partir du moment où celui-ci est clos et que le RT60 est différent de 0. B) Euromédia : Les studios de Bry Euromédia France est une entreprise prestataire de service dans le domaine audiovisuel et cinématographique. Les studios de Bry d Euromédia sont situés à Bry sur Marne, dans le département de Marne la Vallée. On y trouve en particulier un bâtiment destiné à la post production audiovisuel, avec un département de montage son, des audits destinés aux enregistrements de bruitages et des audits de mixage. 4

6 Dans le cadre des activités proposées, notamment le mixage, aux mois de Mars et Avril se sont déroulés les séances de mixage de la série TV Hôtel de la Plage. - Disposition des audits : 5

7 Pour le mixage l installation a compris : - Deux Pro Tools (un Player et un Recorder) - 5 enceintes Genelec 1030A - Une surface de contrôle Euphonix S5 Fusion - Un écran Plasma Le mixage de cette série s est déroulé dans deux audits différents sur deux systèmes de diffusion 5.0 (L.R.C.LS.RS). Le problème rencontré a été le suivant : quand bien même l installation a été faite de sorte à retrouver la même configuration dans les deux audits, ceux-ci étant différents, la taille des audits en particulier, n était pas la même d un audit à l autre. On se retrouve donc dans deux environnements qui imposent une liste de contraintes pour un même rendu sonore : - Diffraction des ondes sur les obstacles ; - Réflexion des ondes sur les obstacles ; - Distance des sources à l auditeur différentes ; - Volume différent ; Les contraintes liées au volume de la pièce peuvent être travaillées grâce à des matériaux que nous verrons tandis que celles liées au mobilier et à la disposition des sources de diffusion ne pourrons être traitées uniquement grâce aux processeurs du Trinnov. Afin de retrouver une écoute similaire dans chaque audit, nous avons dû traiter les audits afin d avoir exactement la même écoute dans les deux afin que le mixage soit le plus homogène possible. Nous allons donc voir dans la seconde partie quelles sont les solutions possibles à la résolution de ce problème. 6

8 II) Des possibilités de traitement de l environnement acoustique Comme vu dans la première partie, le son, bien qu étant un phénomène physique, vit dans son environnement. Il ne va donc pas réagir de la même manière suivant les lieux où il va se trouver. C est pour cela que l on ne pourra avoir la même écoute dans deux lieux différents. Afin de se retrouver dans un environnement de travail convenable on va donc traiter l environnement dans lequel se fera la diffusion afin d y trouver un confort d écoute. A cette fin, nous allons traiter ici de deux solutions utilisées afin de corriger un environnement acoustique, le traitement grâce à différents matériaux (absorbeurs, diffuseurs, réflecteurs) (A) et le traitement grâce au processing (B) avec l exemple de l offre Trinnov. A) Le traitement grâce à différents matériaux Pour corriger l environnement à l aide de matériaux on va s appuyer sur 4 principes physiques qui sont : - L absorption ; - La diffusion ; - La réflexion ; - La diffraction ; Pour chacun de ses principes l on va trouver différents matériaux dont les usages serviront à corriger, modeler l environnement dans lequel on se situe. Les diffuseurs et absorbeurs permettent de réduire voir d éliminer les réflexions successives qui peuvent survenir entre deux parois parallèles lisses et dures (flutter écho ou écho flottant) par exemple. La diffusion permet de contrôler le traget des ondes sonores à l aide de surfaces modelées et/ou modelables afin d éviter certains phénomènes qui vont par la suite provoquer une coloration de son due aux réflexions primaires et secondaires. L absorption d une onde sonore par un matériau va être fonction de la matière utilisée (mousse, tissus), de leur épaisseur, de leur surface ainsi que de la fréquence. C est pourquoi nous n allons pas utiliser les même matériaux pour absorber des fréquences basses que des fréquences medium/ aigues. Il existe différents types de diffuseurs et d absorbeurs - Les polycylindres : Il existe divers types de polycylindres. Les polycylindres clos, et les polycylindres ouverts. La forme courbée des polycylindres permet de diffuser les ondes sonores dans diverses directions. La membrane des polycylindres absorbent les fréquences basses. On obtient alors une meilleurs définition dans les médiums/aigus et donc plus de clarté. (Fig. 3 et 4) 7

9 Fig. 4 : - Le diffuseur de Schroeder : Le diffuseur de Schroeder permet de réfléchir une onde acoustique dans plusieurs angles différents ce qui permet une réduction de l intensité sans pour autant influer sur la coloration du son. Il permet donc de garder une bonne définition. (Fig. 5 et 6) Fig. 5 et 6 : - Les absorbeurs : Certains matériaux absorbent d avantage (Fig. 7) l énergie que d autres. Les surfaces lisses et rigides absorbent très peu et renvoient dans la pièce la majeure partie de l énergie sonore. Ce sont des surfaces réfléchissantes (vitres, carrelage, plâtre, béton lisse). Les matériaux poreux ou fibreux sont très absorbants. Il existe une unité d absorption, dont découle un coefficient par unité de surface, l alpha-sabine (αs) dont la valeur est comprise entre 0 et 1. Parmi ces absorbeurs on retrouve ceux spécifiquement dédiés à l absorption des fréquences basses (bass traps) sachant que l absorption des hautes fréquences sont plus simple du fait de leur longueur d onde plus courte, la surface du matériau absorbant déterminant la bande de fréquence dans laquelle il va agir au mieux. On va retrouver, comme matériaux d absorption, les mousses. Il existe deux types de mousses utilisées pour l absorption, les mousses en polyuréthane et les mousses en mélamine. Les mousses en polyuréthane sont les plus répandues du fait de leur faible coût. Les cellules des mousses en polyuréthanes sont grossière et offrent donc une surface d absorption inférieure à celle des mousses en mélamine, qui étant plus fines, et, par conséquent plus nombreuses, voient leur coefficient d absorption augmenté. (Fig. 8 et 9) 8

10 Fig. 8 et 9 : B) Le trament grâce au «processing» La correction acoustique d un lieu peut également se faire grâce à des DSP (Digital Signal Processor) qui vont analyser l environnement sonore afin d en déterminer toutes les caractéristiques. Une des firmes offrant ce genre de solutions est la firme Trinnov. Trinnov a développé une interface d analyse et de correction acoustique allant du système de diffusion 2.0 au système 7.1. Tout d abord le Trinnov va nous permettre de choisir quel type de système nous allons analyser ainsi que le mappage des différentes entrées et leurs correspondances avec les sorties. Pour un système 5.1 système procède comme présenté sur le schéma ci-contre. Le système Trinnov va effectuer une analyse à partir d un micro 3D. Le micro 3D est placé au niveau de la zone d écoute (place de l auditeur) afin que l analyse et la correction puisse se faire à l endroit où se situera par l auditeur Il permet de récolter diverses informations sur l acoustique, telles que la position des enceintes du système de diffusion dans l espace (distance au micro, élévation, distance des enceintes les unes par rapport aux autres), le temps de réverbération, la puissance sonore, la réponse en fréquence de la pièce dans laquelle la mesure est effectuée. Afin de récolter toutes ses informations sur l environnement, le Trinnov va envoyer un bruit rose (bruit comportant toutes les fréquences avec la même énergie par bande d octave) afin d enregistrer la réponse de la pièce. Ce bruit rose est tout d abord envoyé à tous les points de diffusion, puis, à chaque point de diffusion indépendamment les uns des autres. Il existe différents type de systèmes et de modes de branchement et de référencement pour les appareils Trinnov. Ici nous allons voir les exemples pour un système communicant en AES. 9

11 Fig. 10 : - Réglages d horloge (Clock Settings) Cette page permet de configurer le référencement d horloge. Ici nous pouvons voir que l horloge communique via l AES, et que le Trinnov est en «Maître» ce qui signifie qu il génère lui-même sa propre horloge. (Fig. 10) Fig. 11 : - Le routing d entrée (input routing) : Cette page permet de définir quelle entrée physique correspond à quelle canal interne du Trinnov. Par défaut le routing est : INPUT 1: Channel 1 (Left) INPUT 2: Channel 2 (Right) INPUT 3: Channel 3 (Left Surround) INPUT 4: Channel 4 (Right Surround) INPUT 5: Channel 5 (Center) INPUT 6: Channel 6 (LFE) routés. La configuration de bas alloue 4 canaux au microphone. (Fig. 11) Les canaux d entrée du microphone peuvent également être 10

12 - Routing de sortie (Output Setting) Fig. 12 : Cette page permet de définir quel point de diffusion correspond à quel sortie physique (Fig. 12). Par défaut le routing de sortie est : Enceinte 1 (Left) : Sortie 1 Enceinte 2 (Right) : Sortie 2 Enceinte 3 (Left Surround) : Sortie 3 Enceinte 4 (Right Surround) : Sortie 4 Enceinte 5 (Center) : Sortie 5 Enceinte 6 (LFE) : Sortie 6 Fig. 13 : - Contrôle des niveaux en entrée et en sortie : Les niveaux en entrée et en sortie. L interface du Trinnov affiche le niveau RMS et les niveaux en crête. (Fig. 13) L émission de bruit rose dans chaque canal puis dans la totalité des points de diffusion permet de localiser dans l espace les sources afin de pouvoir «processer» par la suite le système. (Fig. 14 et 15) FIG 14 et 15 : 11

13 Suite à la mesure l utilisateur peut choisir une courbe cible. Le Trinnov effectuera donc les corrections acoustiques correspondantes afin de respecter au maximum la courbe définie par l utilisateur. (Fig. 16 et 17) FIG. 16 et 17: On se retrouve enfin avec le résultat de la correction acoustique effectuée par le Trinnov qui nous montre bel et bien la différence entre la réponse avant et après traitement (Fig. 18) FIG 18 : Bien que très complet, puissant, et étant la solution parfaite à la calibration de tout audit, home studio, en matière de correction acoustique, la solution Trinnov représente un réel investissement, puisqu à titre d exemple, le Trinnov Amethyst est vendu au prix de 9000 Euros. 12

14 Conclusion : Le son est un univers vivant, fonction de l environnement dans lequel il se développe. Chaque lieu ayant des caractéristiques différentes, chaque lieu se verra affecté des traitements différents quand bien même les principes et les techniques restent les mêmes. De nombreux paramètres restent à prendre en compte lors de la construction d un studio ou d un audit qui seront déterminant dans la façon de le traiter une fois la construction de celui-ci achevée, et, le cas échéant, choisir un système adapté au volume de la structure afin d obtenir une rendement de diffusion optimal. ANNEXE SOURCES - Cours de Luc Marie-Sainte - Cours sur la psycho-acoustique, introduction à l acoustique Caroline TRAUBE, Université de Montréal, Faculté de Musique - Site RT Site Lafond Audio - Site Trinnov : REMERCIEMENTS A : - Cyril Jegou (responsable technique audits son chez Euromédia) ; - Pierre Dangin (responsable audits son chez Euromédia) ; - Patrick Thevenot (Acousticien chez INA) ; - Jacques Foux (Acousticien chez INA); - Pascal (le collègue de M. Thevenot et M. Foux dont je ne connais pas le nom) ; - Luc Marie-Sainte (Professeur au BTS Audiovisuel Lycée René Cassin) ; - Alain Prime (Professeur au BTS Audiovisuel Lycée René Cassin); 13