PROJET D ACOUSTIQUE : DIAGNOSTIC DE L AMPHITHEATRE DE L OPERA DE LYON

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1 PROJET D ACOUSTIQUE : DIAGNOSTIC DE L AMPHITHEATRE DE L OPERA DE LYON

2 Sommaire 1. CONTEXTE DU DIAGNOSTIC CARACTÉRISTIQUES DE L AMPHITHÉÂTRE UTILISATION DE LA SALLE DESCRIPTION GÉOMÉTRIQUE DU LIEU MATÉRIAUX EMPLOYÉS DIAGNOSTIC DE L AMBIANCE ACOUSTIQUE LES ENJEUX CARACTÉRISATION DE L AMBIANCE ACOUSTIQUE PROPOSITIONS D AMÉLIORATION LE TRAITEMENT DES BRUITS DE FOND LA RÉDUCTION DES FUITES ACOUSTIQUES CONCLUSION : ANNEXES DOCUMENTS ICONOGRAPHIQUES DOCUMENTS RÉGLEMENTAIRES...21

3 1. Contexte du diagnostic Ce diagnostic de l amphithéâtre de l s inscrit dans le cours d acoustique dispensé à l ENTPE. L objectif de ce diagnostic est, d une part, vérifier que les exigences réglementaires en vigueur actuellement sont bien satisfaisantes dans le lieu étudié et dans le cas contraire, indiquer les points à améliorer en proposant des solutions et d autre part, vérifier les performances du site tout en soumettant des améliorations possibles. 2. Caractéristiques de l amphithéâtre 2.1. Utilisation de la salle L amphithéâtre de l est actuellement complémentaire de la grande salle où se déroulent les opéras et les œuvres de dimensions importantes. Cet espace, implanté au premier sous sol de l établissement, est avant tout dédié aux spectacles recherchant plutôt la proximité du public et ne nécessitant pas de grands volumes. C est ainsi qu il s y déroule des concerts de formations réduites comme des orchestres de chambre, des solistes, etc. mais aussi des spectacles de musique du monde, de jazz. Des conférences s y tiennent aussi, tout comme des débats, des expositions Cette salle est par conséquent à vocation polyvalente mais, au contraire de nombreuses salles qui se présentent comme telle, elle recherche dans chacune de ses activités la plus grande qualité, notamment en ce qui concerne la restitution du message, qu il soit oral ou musical Description géométrique du lieu matériaux employés

4 L amphithéâtre a été implanté au premier sous-sol de l Opéra, à la verticale du hall d entrée. L accès à la salle s effectue d ailleurs à partir de ce hall par deux escaliers qui mènent au bar. De là, on entre dans la salle proprement dite par de lourdes portes traitées acoustiquement comme les parois intérieures de l amphithéâtre. La capacité de cette salle est d environ 200 places ; elle peut être exceptionnellement étendue à 230 places Géométrie de la salle : La géométrie précise de la salle est donnée cidessous : 20,8 m 16,60 m

5 Le profil de la salle avec le détail des sièges est indiqué ci-après : éclairage 1,60 m 3,50 m 0,47 m 0,11 m scène 0,15 m 0,18 m 0,22 m 0,11 m

6 Matériaux employés : L ensemble de la salle a été conçu de manière à assurer une acoustique suffisante pour la diffusion de la musique. Toutes les surfaces ont reçu à cet effet un traitement spécial. a) les parois Les voiles verticaux sont recouverts de panneaux métalliques perforés doublés de mousse : profil face 17mm 3mm mousse perforation Ce traitement des surfaces a un rôle sélectif : il permet d une part d assurer une absorption dans une grande plage de fréquences. Ces matériaux sont un composé de trois types de résonateurs acoustiques. Le résonateur à membrane est constitué de la mise en vibration de la feuille métallique formant les bacs de chaque paroi. Ce dispositif permet d absorber les basses fréquences (inférieures à 500 Hz). Le résonateur col/ cavité permet d absorber les fréquences moyennes (autour de 500 Hz). Enfin, le matériau fibreux à cellules ouvertes placé derrière la plaque métallique permet d absorber les fréquences aiguës. b) le sol Toute la surface au sol, de la scène aux gradins, est en granit noir du Mexique. Ce matériau est d un point de vue acoustique extrêmement réfléchissant. Pourtant cet aspect n est pas nécessairement

7 une gêne : en effet les nombreuses réflexions au sol peuvent être utilisées afin d assurer une bonne diffusion du message (oral ou musical) comme le montre le dessin ci-après : Ondes réfléchies c) le plafond Comme l indique le profil de la salle ci-dessous, deux zones coexistent en partie supérieure de l amphithéâtre : Une zone placée au dessus des spectateurs, constituées de panneaux métalliques horizontaux identiques à ceux placés sur les parois verticales, mais qui ne sont pas doublés de mousse. Ces panneaux servent aussi à masquer les réseaux techniques supérieurs. Une zone placée à la verticale de la scène qui regroupe l ensemble des éclairages de spectacles (projecteurs, ) éclairage de spectacle panneaux perforés sans mousse scène

8 Le traitement de la première zone n utilisant pas la mousse, la plage de fréquence qui est absorbée est plus restreinte ; seules les hautes fréquences ne sont pas «piégées». e) les sièges Dans une salle de représentation musicale, il est nécessaire que l ambiance acoustique soit fixe, que la salle soit remplie, à moitié pleine, ou vide. Autrement dit, il faut que sa réponse soit constante quel que soit l occupation de la salle. La matière utilisée pour recouvrir les sièges a donc une grande importance car elle doit avoir le même comportement, en clair la même absorption, qu un être humain. Actuellement, les sièges de l amphithéâtre sont en skaïs noirs très rembourrés. 3. Diagnostic de l ambiance acoustique Afin de répondre au mieux aux attentes des usagers de l amphithéâtre, que ce soit les spectateurs ou les personnes travaillant dans l établissement, il est nécessaire de prendre en compte les divers enjeux intervenant dans cette étude, puis au vue des mesures effectuées in situ et des réglementations existantes, de proposer des améliorations en tenant compte de ces enjeux Les enjeux L amphithéâtre de l a été conçu comme une salle polyvalente dont l activité serait essentiellement axée autour de la propagation d un message auditif. Cela se traduit dans les faits par l organisation de concerts «intimistes» comme des représentations de musique de chambre, du monde, de jazz, mais aussi des spectacles pour lesquels la proximité du public est recherchée, des conférences, et même des séances de cinéma. Ces évènements se distinguent par leur traitement de l ambiance acoustique : ainsi l électro-acoustique peut être privilégiée à l acoustique pure, entre autre pour les séances de cinéma par exemple. L activité de l amphithéâtre couvre donc un large panel de domaines acoustiques qui ne se recoupent pas nécessairement. Il s avère donc très difficile de trouver une solution-compromis permettant de satisfaire toutes les exigences propres à chaque activité, d autant que bien souvent ce type de solution est très peu satisfaisante sur le plan de la qualité dans un domaine bien précis (la musique

9 de chambre, etc.) et fait intervenir de lourds dispositifs de panneaux mobiles absorbants. Par conséquent, il est donc nécessaire d opérer une hiérarchisation des enjeux afin de gérer les priorités. Avant tout, nous retenons comme utilisation principale de l amphithéâtre la représentation musicale en acoustique pure, c'est-à-dire sans utilisation de dispositif de traitement électro-acoustique. Ce choix suit la volonté de la direction de l amphithéâtre qui désire privilégier ce type d émission et découle par ailleurs du fait que la majorité des représentations qui ont lieu actuellement n utilisent aucun dispositif de diffusion par haut-parleurs. En second lieu, l isolation de la salle vis-à-vis de l extérieur représente un enjeux qui est aussi important car, même si l acoustique de la salle est en soi excellente, il est nécessaire qu elle ne soit pas handicapée par des nuisances sonores extérieures même minimes qui nuiraient grandement à la qualité musicale. Ce point concerne entre autres tous les bruits de fonds ayant pour origine les systèmes de ventilation, les machineries de monte-charges etc. Vient ensuite la limitation des «fuites acoustiques» de l amphithéâtre ceci afin d éviter des nuisances sonores dans les parties limitrophes de la salle comme le bar et le hall. Cet enjeu est d ailleurs l objet de l arrêté (a) du 15 décembre De plus, cet aspect peut être vu comme un pendant au problème précédent mais traité du point de vue inverse. En tout cas, les solutions à apporter à ces deux problèmes ne sont a priori pas identiques. Il se dégage donc trois grands enjeux que l on peut hiérarchiser ainsi : Traiter les surfaces de la salle pour une utilisation en acoustique pure Limiter les bruits de fond Limiter les fuites acoustiques Afin de proposer des améliorations qui répondront aux exigences apparues avec ces divers enjeux, il est nécessaire de caractériser l aspect proprement acoustique de la salle et de son environnement Caractérisation de l ambiance acoustique Les principes de base de l acoustique des salles : (a) Arrêté du 15 décembre 1998 relatif aux «prescriptions applicables aux établissement et locaux recevant du public et diffusant à titre habituel de la musique amplifiée, à l exclusion des salles dont l activité est réservée à l enseignement de la musique et de la danse.»

10 Bien qu il n existe pas de «recette magique» pour faire en sorte qu une salle ait une excellente réponse acoustique, il existe néanmoins un certain nombre de principes de base qui permettent d assurer un minimum de qualité sonore. Ces principes reposent sur trois facteurs : la taille, la forme et la nature des surfaces. Chacun d eux est essentiel, notamment parce qu ils influent sur le temps de réverbération, déterminant pour la qualité musicale d une salle. Passons en revue chacun de ces paramètres afin d avoir à l esprit les ordres de grandeur habituels dans ce domaine. Ainsi, la taille de la salle est évidemment fonction de la capacité que l on souhaite qu elle accueille. Toutefois, une série de références a été prise avec les salles anciennes aux qualités acoustiques éprouvées qui permettent d affirmer qu une surface au sol comprise entre 2500 et 5500 m² et un volume de à m 3, ce qui correspond à un volume par spectateur de 9 à 10 m 3, est un optimum. La forme est également déterminante ; généralement les formes les plus simples sont souvent à l origine d acoustique exceptionnelle, comme les salles rectangulaires avec parterre et balcons (Musikverein de Vienne), ou en éventail, inversé ou non. Enfin, la nature des surfaces est là aussi déterminante. Ainsi il est préférable que les murs ne soient pas parallèles et nus : les colonnes qui constituaient le décor des salles de jadis peuvent être remplacées par des formes plus modernes qui donnent également du relief aux parois. Quant aux matériaux, ils doivent être durs et diffusants, l absorption étant principalement assurée par le public et les sièges. Ces précautions constructives permettent d optimiser les temps de réverbération qui varient en général de 1 seconde pour l opéra à 3 secondes pour les concerts d orgue. Dans le cas de l amphithéâtre de l Opéra, il semble difficile de jouer actuellement sur les principes de taille et de forme. Toutefois il semblait intéressant de faire ce rappel des grands principes de l acoustique des salles, ne serait-ce que pour fournir une base de comparaison pour la suite du diagnostic. L ambiance acoustique d une salle se caractérise donc par deux données : le temps de réverbération est la première d entre elles et peut-être la plus importante pour rendre compte de la réponse de la salle. La deuxième donnée est l isolement acoustique, qui traduit comme son nom l indique, le degré d isolation de la salle vis-à-vis de son environnement extérieur. Dans le cadre de ce diagnostic, ces deux données ont été étudiées Le temps de réverbération : a) les mesures Le temps de réverbération habituellement mesuré est le Tr 60 qui correspond à l intervalle de temps écoulé entre l extinction d une source sonore et la diminution de 60 db du bruit provoqué par cette source. Cette donnée est mesurée en seconde ; pour la mesurer, on utilise un sonomètre.

11 Les mesures effectuées à l amphithéâtre de l ont été réalisées avec une source de bruit rose utilisée au Laboratoire des Sciences de l Habitat (LASH). Elles ont été prises en trois points différents de la salle et pour plusieurs bandes de fréquences : Les numéros repèrent les trois points de mesure : 213 Bande de fréquences centrée sur 75 Hz 1.10 s 1.00 s 0.85 s 125 Hz 0.89 s 1.07 s 0.99 s 250 Hz 0.92 s 1.02 s 1.13 s 500 Hz 0.94 s 0.91 s 0.83 s 1000 Hz 0.88 s 0.84 s 0.84 s 2000 Hz 0.72 s 0.72 s 0.75 s 4000 Hz 0.69 s 0.71 s 0.67 s 8000 Hz 0.56 s 0.57 s 0.54 s On remarque donc que globalement le Tr 60 est compris entre 0.8 et 1 seconde quelque soit la position dans la salle et la bande de fréquence examinée.

12 b) les recommandations Les salles de représentation musicale ont besoin d avoir un temps de réverbération suffisant pour que la qualité sonore soit appréciée par tout le public, en particulier en l absence de dispositif électroacoustique. Mais un temps de réverbération trop long, au contraire, nuit à la compréhension du message sonore, notamment quand il est parlé (le message n est pas intelligible) : un temps de réverbération très long conduit au phénomène d écho. Pour les grandes salles de concert utilisées pour les représentations de musique symphonique, le Tr 60 retenu est en général d environ 2,2 secondes. Pour des salles plus petites, une formule semiempirique permet d avoir une approximation du temps de réverbération pour une fréquence de 1000 Hz: Tr 60 = 0.09 x V 1/3 où V est le volume de la salle, estimé ici à environ 1120 m 3. Il en ressort donc un Tr 60 d environ 0.9 seconde L isolement acoustique : a) les mesures L isolation de la salle est aussi importante que le temps de réverbération pour deux raisons : d une part parce qu elle doit garantir qu aucun bruit extérieur ou de fond ne dégrade la qualité sonore de la musique, d autre part parce qu elle doit éviter à l environnement extérieur à la salle des nuisances sonores. Plusieurs types de mesures ont été effectués. Le bruit de fond essentiellement dû au système de ventilation et au monte-charge voisin de la salle a été mesuré. Le niveau sonore provoqué par le mécanisme de commande du système d éclairage de spectacle a également été pris en compte. Les résultats sont donnés dans le tableau ci-après : Source de bruit Bruit de fond (ventilation + monte charge) Bruit de l éclairage de spectacle Niveaux sonore Lp 36 db(a) 45 db(a)

13 Il faut toutefois remarquer que le bruit dû à l éclairage de spectacle n est pas en réalité un bruit provoqué par un défaut d isolation puisque l éclairage est situé dans la salle, et non à l extérieur ni même dans le plenum technique comme le système de ventilation. Mais en réalité, ce n est pas un véritable problème puisque les mécanismes de l éclairage à l origine de ce bruit ne sont pas en fonctionnement a priori pendant les représentations. L autre série de mesures concerne l isolation proprement dite, et en particulier celle des parois en arc de cercle qui séparent l amphithéâtre de l espace bar. Les isolations sont de deux types : d abord celle de la paroi proprement dite (point 1 du schéma) puis celle d une des portes d accès à la salle qui comme le plan l indique, coulisse grâce à un système de rail (point 2). Pour effectuer les mesures, nous avons placé la source dans la salle et avons pris le niveau sonore d abord à l intérieur puis à l extérieur, à une distance raisonnable des parois. Les résultats sont regroupés dans le tableau ci-dessous : Niveaux dans la salle Lp E 89 db(a) 90 db(a) à l extérieur de la salle Lp R 69 db(a) 71 db(a)

14 Isolement brut D b = Lp E Lp R 20 db(a) 19 db(a) La mesure de l isolement des panneaux coulissants n est pas innocente : en effet, la direction de l amphithéâtre nous a fait savoir que les fuites acoustiques ressenties à l extérieur de la salle avaient pour origine précisément le système de fermeture des portes. b) les recommandations Il existe une réglementation précise concernant les isolements dans les établissements du type de l amphithéâtre de l Opéra. Il s agit de l arrêté du 15 décembre 1998 relatif aux prescriptions applicables aux établissement et locaux recevant du public et diffusant à titre habituel de la musique amplifiée, à l exclusion des salles dont l activité est réservée à l enseignement de la musique et de la danse.(cf. 6.2 des Annexes) Toutefois, ayant posé comme utilisation principale de la salle la diffusion de musique en acoustique pure, donc sans dispositif d amplification, cet arrêté ne peut être réellement appliqué. Or, il n existe pas réellement de réglementation concernant les salles de représentations musicales et portant en particulier sur l isolation des parties communes. Le choix d une valeur d isolement est donc a priori laissé au libre arbitre du concepteur. Afin de disposer d une base de départ pour l évaluation de l isolement, nous nous référerons donc à une valeur d isolation courante de 30 db(a). Par ailleurs, il est couramment admis, dans le domaine de l acoustique des salles, que les niveaux dus aux bruits de fond, qu ils soient dus à la ventilation ou aux autres systèmes mécaniques, qu ils ne doivent pas excéder 15 à 20 db(a) quand la salle est vide. Nous nous référerons donc à ces valeurs quant à nos propositions d améliorations. 4. Propositions d amélioration

15 Le diagnostic effectué ci-dessus permet de mettre en relief un certain nombre de points faibles dans l environnement acoustique de la salle. Des améliorations peuvent résorber ces défauts. Mais elles doivent tenir compte des enjeux listés à la partie précédente ; elles doivent par ailleurs également respecter les recommandations rappelées à la suite des mesures effectuées. L enjeu principal qui a été défini est celui de l utilisation en acoustique pure de la salle ; il est intimement lié au temps de réverbération. Or il apparaît clairement au vu des principes énoncés dans le préambule que le temps de réverbération de l amphithéâtre correspond tout à fait aux exigences préconisées : le Tr 60 mesuré est de l ordre de 0.9 seconde, exactement dans la fourchette des valeurs couramment admises pour ce type de salle. Donc le temps de réverbération n est pas dans les faits une source de gêne. Aucune modification n est par conséquent nécessaire. En revanche, l isolation est plus problématique. En effet, en se référant aux différentes recommandations énoncées plus haut, on observe clairement que les valeurs d isolement sont en deçà de celles qui sont préconisées. Les enjeux définis dans la partie précédente fournissent deux axes de modifications possibles. L un portant sur le traitement des bruits de fond, l autre sur la réduction des fuites acoustiques. 4.1 Le traitement des bruits de fond. Il est clair que le traitement des bruits de fond tels que ceux issus de la ventilation, du monte-charge et de l éclairage est essentiel, dans la mesure où ils peuvent détériorer la qualité sonore de la salle, quand bien même le temps de réverbération serait excellent. Pour chacun de ces points, une correction peut être appliquée : Monte-charge Ventilation Sources du bruit Solutions possibles Doublage de la paroi intérieure de la cage du monte-charge par de la mousse absorbante. Diminution de la vitesse de l air avec augmentation du diamètre des gaines et de la bouche d expulsion afin de conserver un débit constant. Il est cependant certain que le bruit de fond ne pourra jamais être totalement éliminé, et même si c était le cas, d autres jusqu alors discrets surgiraient alors. Pour preuve, l élimination totale des

16 nuisances dues au système de ventilation est quasiment impossible car les jeux de tôles existeront toujours. 4.2 La réduction des fuites acoustiques. Ce problème se distingue des précédents par le fait qu il ne remet pas en cause la qualité sonore de l évènement musical. En revanche, il s inscrit dans un autre cadre qui est la diminution des nuisances sonores engendrées par l évènement lui-même. Il a été établi au point que le principal élément de transmission de ces fuites acoustiques était les portes d accès à l amphithéâtre, et en particulier leur mode de déplacement. Par ailleurs, l observation des plans révèle que les parois en arc de cercle de l amphithéâtre de l Opéra sont constituées de deux cloisons d environ 12 centimètres d épaisseur enserrant une lame d air (voir plan page 4). La «légèreté» de ce procédé, même s il ne porte pas préjudice à la qualité sonore de la salle, peut être amélioré en terme d isolement : Eléments Solutions possibles Parois avec lame d air Accroître la masse des parois en la doublant d un voile de béton afin de bénéficier de la loi de masse. (voir 6.1 des Annexes) Enfoncement du système de guidage par rail dans le sol afin de provoquer des «chicanes» acoustiques entre la salle et l espace bar. (voir 6.1 des Annexes) Portes d accès sur rail Dans la porte, remplissage d une partie de la lame d air par des matériaux pesants (sable, béton )(voir 6.1 des Annexes) Augmenter la largeur des ouvrants pour bénéficier d une large zone de recouvrement des parois et améliorer l étanchéité. (voir 6.1 des Annexes)

17 5. Conclusion : Ce diagnostic montre que même dans une salle à l origine conçue pour le type d activité qu elle reçoit actuellement, des améliorations sont toujours possibles. Bien évidemment, elles portent rarement sur le fond (taille, volume, matériaux généraux) en particulier dans un environnement aussi «typé» que l, mais plutôt sur des détails qui n entrent pas directement en jeu dans la création d une qualité acoustique mais qui y participe néanmoins. À terme ces détails nuisent pourtant à cette qualité : ce phénomène devient prépondérant au fur et à mesure que les mécanismes s usent ; il suffit de penser aux machineries d ascenseur, aux jeu des tôles des systèmes de ventilation, aux éclairages de spectacle mobiles etc. Ce type de diagnostic est donc intéressant non pas pour révéler ces phénomènes car dans bien des cas, ils ont déjà été remarqués par les usagers, mais pour proposer des modifications permettant de les réduire. Bibliographie : Auditorium, édition du Moniteur Salles de concert : dix exemples à suivre, Le monde de la musique, numéro 281, novembre 2003 Arrêté du 15 décembre 1998 relatif aux établissements recevant du public et diffusant de la musique amplifiée, La réglementation des lieux musicaux, document électronique issu du Ministère de l Ecologie et du développement durable, édition d octobre 2003

18 6. Annexes 6.1 Documents iconographiques Figure 1 Ce dessin montre l enfoncement des portes sur rail de l amphithéâtre. L objectif de ce dispositif est d augmenter le chemin acoustique afin de réduire les fuites. Par ailleurs, pour des raisons de sécurité évidentes compte tenu du dénivelé important ainsi engendré, une plaque coulissante solidaire de la porte devra recouvrir la fente lorsque le panneau est en position ouverte. (voir Figure 3 & 4) La Figure 2 montre la modification apportée sur la structure même de la porte : elle est soit lestée de sable, soit remplie d un voile de béton. L objectif étant de bénéficier de la loi de masse.

19 Figure 2 Les Figures 3 & 4 montrent une vue générale des modifications proposées. On y distingue la nouvelle structure de la porte avec le voile de béton et la plaque coulissante solidaire qui vise à recouvrir la fente.

20 Figure 3 Figure 4

21 ssssss 6.2 Documents réglementaires