LICENCE ARTS, SPECTACLES ET TECHNOLOGIES - L3 parcours Musique et Métiers du son

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Romain Dussault
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LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE

1 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE 1. ntroduction 2 2. ETUDE DE LA REFLEXON D UNE ONDE PHERQUE UR UNE PARO Erreur! ignet non défini Réflexion totale sur une paroi plane de dimensions très grandes Principe de l acoustique géométrique Réflexion et transmission sur une paroi plane de dimensions très grandes Réflexion totale sur une paroi plane de dimensions connues 4 3. Le champ réverbéré Coefficient d absorption Représentation du champ rayonné dans une salle - méthode des rayons Constante de salle Constante de salle de abine : Constante de salle d Eyring : 6 Gustave Lyon's First ketch for the 1927 alle Pleyel, Paris, L3 ON/ O. CALVET p 1

2 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE 1. ntroduction i le recours à une description géométrique permet de traduire la transformation subie par les sons dans les lieux en plein air, en revanche, dans un lieu fermé, il n'existe pas de liens simples entre paramètres architecturaux et paramètres acoustiques. De plus, la perception dans une salle diffère de façon importante suivant la place occupée par l'auditeur. Lorsque la salle est fermée, la propagation dans l'espace donne naissance à une multitude d'échos qui vont décroître au cours du temps et qui constituent le phénomène de réverbération. La distribution complexe de ces échos traduit les différences qu'un auditeur percevra dans une situation donnée. 2. Etude de la réflexion d une onde sonore sur une paroi Niveau sonore db Représentation type de la réponse d une salle à un signal impulsionnel ENVELOPPE DU DECLN Premières mpulsion Champ diffus réflexions sonore initiale on direct Réverbération reçu par l auditeur 2.1. Réflexion totale sur une paroi plane de dimensions très grandes temps Figure 1-2 m - 3,4 m t 1 ms La source (considérée comme ponctuelle) commence à produire un signal sonore. Elle développe une onde sonore sphérique A t 1 ms le front d onde à un diamètre de 0,34 m (avec C 340 m.s -1 ). l n existe que l onde directe. - 2 m - 3,4 m t 5 ms A t 5 ms, l onde directe continue à progresser. Le front d onde a un diamètre de 1,7 m. - 2 m - 3,4 m t 10 ms A t 10 ms, L onde directe arrive à l auditeur (point ). Une partie de l onde directe est réfléchie sur la paroi réfléchissante (calotte sphérique en tiret). Tout se passe comme si l onde réfléchie était créée par une source qui est l image de par rapport à la paroi (- -) L onde réfléchie n est pas encore arrivée à l auditeur. L3 ON/ O. CALVET p 2

3 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE - 2 m t 14 ms - 3,4 m A t 14 ms, L onde réfléchie arrive à l auditeur (point ). Le retard de l onde réfléchie par rapport à l onde directe est donc de 4 ms. Ce qui est bien en-dessous de la capacité de l oreille à séparer deux événements sonores. l y a donc superposition de l onde réfléchie et de l onde directe. En fonction de la fréquence cette superposition augmentera le niveau sonore où l atténuera (filtrage en peigne). t 14 ms - 2 m - 3,4 m J Construction des rayons acoustiques à partir de la situation précédente. Pour des études géométriques, il est plus simple de travailler avec une représentation des rayons acoustiques Principe de l acoustique géométrique Une source sonore placée devant une paroi réfléchissante donne lieu à une source virtuelle symétrique de la source réelle par rapport à la surface de réflexion. C est la source image d ordre 1. Etapes pour construire le trajet d une première réflexion : 1) Déterminer la source image d ordre 1 2) Tracer le rayon au point récepteur 3) Repérer l intersection avec la paroi 4) Compléter avec le rayon incident Etape 1 Etape 2 J J Etape 3 Etape 4 La présence d une seconde paroi donne lieu à l apparition de 2 sources images d ordre 2 et de Toutes ces images s obtiennent par tracé géométrique (voir figure ci-contre).. L3 ON/ O. CALVET p 3

4 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE 2.3. Réflexion et transmission sur une paroi plane de dimensions très grandes Dans la plupart des cas, la réflexion d une onde acoustique sur une paroi s effectue avec des pertes. Une partie de l onde est transmise ou absorbée par la paroi. On parlera de transmission de l onde acoustique lorsque celle-ci traversera la paroi pour se retrouver dans un milieu de nouveau aérien (donc susceptible d être perçue). L étude de cette transmission et de son contrôle concerne l isolation acoustique.. L optimisation de la réflexion (intensité et orientation) concerne le traitement acoustique d une salle. transmise Extérieur absorbée incidente ntérieur réfléchie Quand une onde sonore rencontre une paroi plane, une partie de l onde est réfléchie, une partie de l onde est absorbée et dissipée par la paroi absorbée. Une dernière partie de l onde est éventuellement transmise à l extérieur Réflexion totale sur une paroi plane de dimensions connues Dans le cas d une paroi plane ayant des limites finies, le processus de réflexion s effectue de manière quasi identique au cas précédent. Un phénomène de diffraction des ondes acoustiques apparaît aux limites de la paroi expliquant pourquoi un son peut-être perçu malgré la mise en place d écran acoustique. Ce phénomène est d autant plus important que la fréquence est grave. Le phénomène de diffraction affectera moins les fréquences aiguës. 3. Le champ réverbéré 3.1. Coefficient d absorption Dans une salle, les ondes sonores émises par une source acoustique isotrope se propagent dans toutes les directions : certaines atteindront l'oreille directement alors que d'autres le feront après diverses réflexions sur les murs, le plafond et le plancher, au contraire de ce qui a lieu en champ libre. uivant la nature des revêtements des parois de la salle, la perception sonore ressentie par les auditeurs sera différente pour une même pièce. i ces parois sont très absorbantes, l'appartement sera dit «sourd» ou «mort», et si elles le sont peu, la pièce est alors dite «réverbérante ou «vivante». i une onde sonore d'énergie E rencontre une surface, une fraction α.e de cette énergie sera absorbée par unité de surface et une fraction (1 - α).e réfléchie (figure 2) : α est appelée coefficient d'absorption. l varie en fonction du matériau constituant la surface et en fonction de la fréquence comme le montre le tableau 1. i à présent, dans une pièce, nous produisons un son très bref, par suite de réflexions multiples sur les parois de la pièce (murs, plancher; plafond), l'oreille percevra une série d'échos de plus en plus rapprochés et de moins en moins intenses puisque chaque réflexion affaiblit l'onde sonore (figure 1), et cet affaiblissement sera d'autant plus rapide que les coefficients d'absorption seront importants, ce qui se conçoit aisément. Figure 2 : Quand une onde sonore rencontre une surface quelconque, une partie α.e de son énergie E est absorbée, alors qu'une fraction (1- α).e de cette énergie est réfléchie. L3 ON/ O. CALVET p 4 E.α E E.(1-α) E.(1-α).α E.(1-α) 2

5 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE atériaux 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 khz 2 khz 4 khz ur en briques 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07 Plâtre 0,02 0,03 0,04 0,06 0,04 0,03 Béton 0,01 0,01 0,015 0,02 0,02 0,03 Parquet (sapin) 0,09 0,11 0,10 0,08 0,08 0,1 Rideaux (Coton) 0,07 0,3 0,5 0,8 0,65 0,5 oquette 0,1 0,25 0,6 0,7 0,7 0,7 Assistance de personnes 0,5 0,7 0,8 0,95 0,9 0,85 tableau Représentation du champ rayonné dans une salle - méthode des rayons Une source sonore émet une impulsion sonore dans une salle de volume V. Un auditeur placé en reçoit successivement : le signal direct. (le temps par cette onde est tout simplement la distance divisé par la célérité C du son dans l air (figure 3). le signal formé par les premières réflexions (figure 4). Le signal formé par les réflexions d ordres supérieurs (réflexions sur plusieurs parois). La densité de ces réflexions tendant à croître rapidement, il n est plus possible de dissocier les réflexions les unes des autres. Le champ résultant est le champ diffus (partie essentielle du champ réverbéré). (figure 5). L3 ON/ O. CALVET p 5

6 LCENCE ART, PECTACLE ET TECHNOLOGE - L3 parcours usique et étiers du son Cours ACOUTQUE 2 Olivier CALVET Acoustique des salles Partie 1 : ACOUTQUE GEOETRQUE 3.3. Constante de salle L absorption totale de la salle dépend non seulement des coefficient d absorption des différentes parois, mais aussi de la surface totale d absorption. Cette absorption totale est caractérisée par la constante de salle : l y a deux manières de la calculer, suivant le l hypothèse adoptée (abine ou Eyring) : Constante de salle de abine : Notée A α. Avec α, la valeur moyenne des coefficients d absorption. En effet le plus souvent les parois d'une pièce sont de natures différentes s'agissant de leurs revêtements respectifs qui sont donc caractérisés par des α euxmêmes différents : α 1, α 2,..., α n,. Dans ces conditions : α α K+ α n. n α α α2 2 + K+ αn n + + K α2 2 + K α n n Ce qui donne A α Constante de salle d Eyring : n Notée :. α R v 1 α L3 ON/ O. CALVET p 6

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