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Pour en savoir plus sur l'acoustique

    Acoustique et audition

    Acoustique vient du Grecque AKOUSTIKOS, qui concerne l'ouïe, et de AKOUEIN, qui veut dire entendre.

    La sonorisation relève de "l'électroacoustique", terme dans lequel on trouve "ELECTRO" pour
    électricité et électronique et "ACOUSTIQUE".

    Si il est nécessaire de connaître le fonctionnement des appareils afin de pouvoir les choisir et les régler
    au mieux, on peut dire que l'essentiel des difficultés va dépendre des conditions acoustiques rencontrées
    dans chaque cas. En effet, les matériels ne constituent le plus souvent qu'un élément intermédiaire entre
    une source sonore et un auditeur. A chaque extrémité de cette chaîne intervient l'acoustique.
    Il n'est déjà pas évident de tirer le meilleur parti d'une sonorisation où seule la restitution est à prendre en
    compte (cinéma, hi-fi, discothèque) mais cela peut devenir très difficile quand il faut gérer simultanément
    dans un même lieu la prise de son et la restitution. Cela devient parfois un véritable casse tête quand il
    faut obtenir une bonne intelligibilité de la parole dans certains endroits aux conditions acoustiques
    difficiles.

    Il est donc utile d'avoir des connaissances de base en acoustique.

    En pratique la propagation du son est toujours plus ou moins affectée par un environnement matériel :
    sol, végétation, surface liquide, reliefs, parois d'un local, etc.
    La principale difficulté rencontrée est due aux décalages temporels qui peuvent s'instaurer entre le signal
    original (direct) et ses différentes réflexions retardées. Si certains messages souffrent peu de la
    réverbération, d'autres en revanche, y sont particulièrement sensibles, et la PAROLE "PARLEE"
    notamment. Il est donc utile de connaître les facteurs qui entrent en jeu dans la perception intelligible d'un
    message.

    Un événement sonore est caractérisé à la source par un spectre variant en fonction de la fréquence. Au
    niveau de l'auditeur, sauf en chambre sourde, une modification profonde de ce spectre apparaît du fait
    des caractéristiques du lieu dans lequel on écoute.
    Tout d'abord l'auditeur reçoit l'onde directe. Ensuite, il reçoit le même message décalé dans le temps et
    plus ou moins affecté après réflexions sur les parois et les obstacles environnants. A l'arrivée, à l'oreille
    de l'auditeur, plusieurs messages se superposent. Les différentes fréquences ne subissent pas les
    mêmes altérations et le mélange de ces signaux complexes n'a plus rien à voir avec le pur message
    d'origine. Cette réalité mérite une considération attentive car elle représente à elle seule la part la plus
    importante dans la qualité d'un local. C'est un aspect très difficile de l'acoustique.

    L'oreille possède un temps d'intégration de 30 à 40 millisecondes. Toutefois, la perception de deux sons
    brefs ne dépend pas que du paramètre "différence de temps" mais aussi des intensités relatives et des
    directions d'où proviennent les sons.
    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). Pour des signaux "vocaux"
    d'égale intensité, la gêne apparaît pour un retard d'environ 50 millisecondes quand les sources sont
    décalées de 180° (oreille gauche et oreille droite). Ce décalage critique croît jusqu'à 80 millisecondes
    quand les deux signaux proviennent de la même direction face à l'auditeur. Le son initial qui arrive le
    premier à l'observateur détermine avec plus ou moins d'acuité la position apparente de la source sonore.
    Ceci demeure vrai  même pour des différences de marche de l'ordre de 1 milliseconde. C'est ce qui
    permet la localisation d'une source sonore même entachée des premières réflexions et de la
    réverbération. L'existence d'un son secondaire décalé de plus de 35 à 40 millisecondes a une influence
    négative sur l'intelligibilité 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 initial. Si le niveau de
    l'écho est égal ou supérieur de 10 dB au signal original, la gêne ne varie pas considérablement. En
    revanche un affaiblissement de 3 dB de l'écho par rapport au son initial est déjà très bénéfique. A - 6  dB
    et à - 10 dB l'écho n'est pour ainsi dire plus gênant du tout. D'où l'intérêt d'atténuer les réflexions.

Audition vers haut de page

    Intelligibilité

    La parole est composée de voyelles et de consonnes.
  • Les voyelles ont des fondamentales à 100-200 Hz et un spectre discret qui permet de les différencier facilement. Elles représentent le gros de l'énergie contenue dans la parole.
  • Les consonnes ont un spectre plus ou moins étalé et sont des transitoires.
    L'intelligibilité de la parole augmente avec le niveau sonore de celle-ci jusqu'à un certain niveau, au delà
    duquel elle diminue. La voix "criée" apporte sa propre distorsion qui dégrade encore l'intelligibilité aux
    forts niveaux. Quand le niveau sonore de la parole augmente les fréquences élevées contenues dans le
    spectre contribuent de plus en plus à l'intelligibilité. La bande passante d'un système de sonorisation est
    donc à considérer de ce point de vue.
    Il est admis que 90 % de l'énergie se situe dans le grave, mais que 90 % de la compréhension vient des
    aigus.

    Les voyelles : a, e, i, o, u, é, è, ê
  • Ont des fondamentales à 100-200 Hz.
  • Elles peuvent être "tenues" (aaaaaa, eeeeee, iiiiii.....)
  • Leur spectre permet de les différencier facilement.
  • Elles représentent l'essentiel de l'énergie contenue dans la parole.
    Les consonnes : b, t, p, f, s....
  • Sont des transitoires très brefs.
  • Elles sont indispensables au "conditionnement" intelligible des voyelles pour former des mots.
    Les sons comme M, N, U, O, A, I, E, se situent entre 125 et 500 Hz
    Les plosives comme K, P, T, sont autour de 3000 Hz
    Les sifflantes comme S, F, CH, sont autour de 5000/6000 Hz
    L'aspect fugitif, bien qu'essentiel, des consonnes font qu'elles sont facilement affectées par des
    phénomènes masquants susceptibles d'entraîner une perte rapide d'intelligibilité.

    épicerie        peut devenir                é icerie                                garage        peut devenir                  ara e
    manège        peut devenir                ma è e                                cerise          peut devenir                  ce ise

    Jusqu'à un certain seuil, l'extrapolation à partir du sens général permet d'interpréter correctement une
    phrase.

    Exemple : " il ..trapa l'au.obus au vol en .ourant " - (il attrapa l'autobus au vol en courant).

    Au delà l'effet de masque peut affecter aussi des voyelles et l'incompréhension devient totale :
    " il a apa  l'ot us  au  ol  en  ou an" ?!

    La phrase peut devenir une suite de logatomes dénués de sens.
    Il est à noter que certaines langues sont plus sensibles que d'autres à ces perturbations.

Intelligibilité vers haut de page

    Acoustique des salles

    L'acoustique des salles doit être considérée en tenant compte au moins de trois facteurs :

            Les résonances fondamentales du lieu
            Les premières réflexions
            Le temps de réverbération

    le but étant d'obtenir :

            La meilleure intelligibilité
            Le meilleur respect des timbres
            La meilleure localisation

    Pour certaines fréquences il y a corrélation entre la longueur d'onde et l'écartement des parois. Cela
    donne lieu à un régime de rebonds particulier appelé "ondes stationnaires". Le phénomène se produit
    pour les diverses dimensions du local, la combinaison des ventres et des nœuds donnant naissance à
    des résonances plus ou moins bien étagées. La plus mauvaise forme est le cube car les résonances des
    différentes dimensions se recoupent et se renforcent. Les pièces dont les dimensions sont des multiples
    l'une de l'autre sont aussi sujettes à ce phénomène de façon plus ou moins marquée. Les meilleures
    pièces de ce point de vue sont celles ayant des rapports de dimensions favorables, ou des formes
    irrégulières.

    Les premières réflexions - early sound - jusqu'à 300 millisecondes, jouent un rôle important dans la
    qualité d'une salle. Les premières réflexions doivent être assez rapprochées et assez nombreuses. Il est
    souhaitable que leurs amplitudes soit inférieure à celle de l'onde directe. Les réflexions latérales
    horizontales sont plus déterminantes que celles issues du plafond du fait des caractéristiques de
    sensibilité de l'oreille. Les réflexions comprises entre 60 et 300 millisecondes doivent avoir une amplitude
    très faible.

    Quand une onde sonore frappe une paroi, une partie de son énergie est absorbée, le reste est réfléchi.
    Selon la nature des parois et des obstacles les ondes rebondissent plus ou moins longtemps avant de
    s'éteindre, donnant naissance à une traînée sonore plus ou moins persistante. C'est la réverbération. Le
    temps de réverbération est le temps que met un son pour s'affaiblir de 60 dB après arrêt de la source qui
    lui a donné naissance. Le temps de réverbération est appelé TR60.

    En milieu réverbérant, on distingue deux types de champs :

            Le champ direct
            Le champ réverbéré

    Lorsqu'un auditeur est très près d'une source, il est dans son CHAMP DIRECT. Le signal lui parvient non
    déformé. Quand l'auditeur s'éloigne de la source le niveau décroît. Simultanément l'auditeur commence à
    percevoir, en plus de la source, les réflexions de celle-ci sur les parois et les obstacles environnants.
    Quand l'auditeur est suffisamment éloigné de la source, il perçoit surtout le résultat des multiples
    réflexions de celle- ci. Il est dans le CHAMP REVERBERE. Théoriquement, dans le champ direct,
    l'atténuation du niveau sonore est, comme en champ libre, de 6 dB à chaque fois que la distance double.
    Le niveau du champ réverbéré est pour sa part fonction des caractéristiques d'absorption du local. Dans
    un local très absorbant, l'atténuation sera plus importante. La limite à laquelle l'intensité du champ direct
    est égale à l'intensité du champ réverbéré est appelée DISTANCE CRITIQUE

    Effet de réflexion. Quand une onde rencontre une paroi ou un obstacle une partie de son énergie est
    absorbée, l'autre est réfléchie. La quantité d'énergie absorbée dépend du coefficient d'absorption de la
    paroi ou de l'obstacle à la fréquence considérée. Une "fenêtre ouverte" absorbera toute l'énergie
    (coefficient 1). Un matériau très réfléchissant (coefficient proche de 0) n'en absorbera qu'une très faible
    part.

    Effet de diffusion. Quand une onde rencontre un obstacle de forme complexe elle se trouve fractionnée
    en plusieurs nouvelles ondes d'énergie et d'incidence variables. La quantité d'énergie redistribuée
    dépend du coefficient d'absorption de l'obstacle à la fréquence considérée. Même si l'obstacle est peu
    absorbant la diffusion procure un fractionnement de l'énergie généralement favorable.

    Effet de diffraction. Certains obstacles, comme le haut d'un mur, par exemple, infléchissent le trajet du
    son. On parle alors de diffraction. Cet effet est semblable à celui des rayons lumineux traversant des
    milieux différents.

    Longueur d'onde, taille d'obstacle, rugosité. Si la longueur d'onde est grande en regard de la taille de
    l'obstacle, ce dernier est quasiment ignoré. Si la longueur d'onde est en rapport avec la taille de
    l'obstacle, il y a réflexion et diffusion. Si la longueur d'onde est petite par rapport à la taille de l'obstacle, il
    y a réflexion. Il se passe les mêmes phénomènes en regard des aspérités d'une paroi mais dans ce cas la
    paroi ne peut pas être ignorée par les grandes longueurs d'ondes.

    Flutter écho. Dans certaines conditions il se crée des rebonds de l'onde sonore entre des parois
    parallèles réfléchissantes. Le son rebondit entre les parois ce qui donne naissance à un son complexe
    dont la fréquence dépend de l'écartement des parois.
Salles vers haut de page

    Isolement acoustique

    L'isolement acoustique vise à réduire ou à supprimer la transmission des sons.

    Pour différentes raisons : recherche de confort, activité professionnelle bruyante, besoin de silence,
    besoin de confidentialité, etc., on peut être amené à limiter la propagation des sons.  Cette démarche
    vise aussi bien la propagation des sons qui entrent que ceux qui sortent.

    Quand une onde ou un objet frappe une cloison, une partie de l'énergie est réfléchie dans la pièce tandis
    que l'autre se propage dans la structure du bâtiment. Au cours de cette propagation l'énergie se dissipe
    mais peut entraîner des résurgences plus ou moins gênantes, parfois très éloignées de la source.

    Les bruits peuvent emprunter deux voies de cheminement :

            Aériennes : Propagation dans l'air, fenêtres, conduits d'aération, etc.
            Solidiennes : Propagation dans le sol ou dans la structure des bâtiments.

    Souvent les deux voies coexistent et il est parfois difficile de faire la part des choses. Les transmissions
    solidiennes peuvent se propager très loin dans les bâtiments. Il peut être difficile d'en situer l'origine
    d'autant plus qu'il ne s'agit pas toujours d'un bruit directement reconnaissable.

    Pour limiter la transmission du son on dispose de différents moyens dont l'efficacité est inégale et qui
    devront parfois être utilisés de concert.

            > Masse des parois : Plus une paroi est lourde plus elle est isolante.
            > Cloisons multiples : Permet d'améliorer l'efficacité de l'isolement sans avoir recours à des
              parois de masse excessive.
            > Etanchéité : Il est important de ne laisser aucune voie de cheminement aérienne
              au son (jointure de porte, aération, fenêtres, etc.).
            > Pièges à son : Caissons plus ou moins basés sur le principe des silencieux.
            > Découplage : Introduction d'éléments résilients filtrant les vibrations.

    De par sa masse, une paroi dispose d'un certain pouvoir d'isolement. En doublant la masse
    l'isolement augmente théoriquement de 4 dB. L'isolement varie avec la fréquence. Il est meilleur
    dans les hautes fréquences. L'augmentation théorique est de 4 dB par octave.

    Une paroi simple a une FREQUENCE DE RESONANCE qui dépend de sa masse et de sa rigidité. A
    cette fréquence l'isolement chute. Cette chute dépend des pertes internes du matériau. Pour les
    matériaux usuels de construction elle est de 6 à 8 dB. L'isolement d'une paroi simple est fonction de sa
    masse.

    Des contraintes financières, de poids et d'encombrement font qu'on ne peut pas augmenter indéfiniment
    la masse d'une paroi. On a alors recours à des parois multiples. La pente d'isolement théorique d'une
    double paroi est de 6 à 18 dB par octave. La paroi sera de préférence constituée de deux éléments de
    masse différentes pour que les fréquences de résonances ne soient pas les mêmes. La courbe
    d'isolement comportera trois points faibles correspondant à :

            La fréquence de résonance du premier élément
            La fréquence de résonance du deuxième élément
            La fréquence de résonance de l'ensemble du système

    La cloison de doublage sera découplée des murs et planchers de façon étanche sur toute sa périphérie.
    Elle devra pouvoir jouer librement. L'isolement sera d'autant meilleur que la distance entre les deux
    parois sera grande. Un isolant fibreux pourra être disposé entre les parois de sorte à limiter la vibration
    de la lame d'air.

    Remarque : Pour des éléments de construction comme les portes et les fenêtres, par exemple, il est
    souvent indiqué une valeur d'isolement exprimée en dB (décibel). Cette valeur est mesurée selon un
    protocole normalisé, il s'agit le plus souvent d'une mesure effectuée avec un bruit rose couvrant les
    bandes audio normalisées de 125 à 4000 Hz. Cette valeur indique l'isolement global "moyen" de
    l'élément testé mais n'indique pas l'isolement en fonction de la fréquence. L'isolement augmentant avec
    la fréquence, l'élément mesuré pourra donc offrir un très bon isolement aux fréquences aigues, sans pour
    autant offrir l'isolement attendu à un bruit gênant de plus basses fréquences. Il convient donc avant
    d'effectuer toute dépense de situer les fréquences gênantes et de consulter la courbe d'isolement de
    l'élément de remplacement pour s'assurer qu'il apportera bien l'amélioration attendue.


    Les plafonds acoustiques seront mis en oeuvre sur le modèle des doubles parois en s'assurant de
    l'étanchéité. Le vide entre le plafond et le plancher supérieur sera utilement rempli de laine minérale un
    peu dense. Dans ces conditions il est possible d'attendre un isolement de l'ordre de 0,5 à 1 dB par
    centimètre d'épaisseur.

    Une dalle flottante isole des transmissions aériennes, solidienne, et des bruits d'impact. Elle doit être
    totalement désolidarisée des parois adjacentes. Selon les caractéristiques des matériaux utilisés en
    sous couche les performances peuvent être variables. Le passage des canalisations impose certaines
    contraintes. Les contre cloisons acoustiques sont montées sur la dalle flottante.

    Dans une installation à air pulsé les sources de bruits sont nombreuses :

            Bruits de moteurs
            Bruits de ventilateurs
            Bruits de circulation dans les gaines
            Bruits des bouches et diffuseurs
            Bruits extérieurs transmis par les gaines

    Pour filtrer les bruits on peut avoir recours à différentes solutions :

            Chambre absorbante placée en sortie de soufflerie
            Filtre acoustique pour le filtrage des fréquences graves
            Gaines acoustiques
            Vitesses d'écoulement réduites
            Bouches de soufflage et de reprise adaptées

    De nombreux appareillages génèrent des vibrations qui peuvent se propager par voies aériennes et
    solidiennes. Les émissions aériennes peuvent être traitées pas "capotage". Pour éviter la propagation par
    voie solidienne il est nécessaire de découpler l'appareillage générateur de vibrations.

    Cela peut se faire de différentes façons selon le cas, mais le principe consiste presque toujours à
    intercaler un élément résilient entre le générateur et le récepteur. Ces "amortisseurs" peuvent prendre la
    forme de plots, de plaques, de suspensions, etc., sous des aspects très divers. Le principe de base est
    que la fréquence propre Fn de l'amortisseur doit être inférieure à la fréquence excitatrice Fe. Plus la
    fréquence Fn sera basse par rapport à Fe, meilleur sera le degré d'amortissement.

Isolement vers haut de page

    Correction acoustique

    La correction acoustique vise à conférer à un lieu des caractéristiques acoustiques en adéquation avec
    son usage.

    La correction acoustique peut exiger des modifications géométriques ainsi que la mise en œuvre
    judicieuse de matériaux ou de systèmes absorbants, et ou, réfléchissants. Leurs surfaces respectives
    et leur répartition seront déterminées de façon à obtenir un résultat homogène. Le temps de
    réverbération sera optimisé sur l'ensemble des fréquences utiles. Les problèmes rencontrés dans
    une pièce peuvent intéresser l'ensemble de la bande de fréquences, mais c'est souvent dans le bas
    du spectre qu'on rencontre les perturbations les plus importantes dans la courbe de réponse du fait
    des résonances propres du lieu, dont certaines peuvent être très marquées.

    Il existe de nombreux matériaux de correction acoustique. En fait, chaque matériau possède des
    caractéristiques acoustiques propres plus ou moins marquées. La principale famille d'absorbants est
    constituée par les matériaux poreux, utilisés seuls ou en "complexes" (laines et fibres minérales, feutres,
    mousses, tentures, etc.).  Les ondes sonores pénètrent dans les fibres de ces matériaux, dans lesquelles
    elles perdent une partie de leur énergie par frottement.

    Les pouvoirs d'absorption d'un matériau s'échelonnent selon un coefficient qui va de :

                0 - aucune absorption, toute l'énergie est réfléchie
    à :
                1 - où toute l'énergie est absorbée (fenêtre ouverte)

    Les matériaux n'absorbent pas de la même façon à toutes les fréquences. On considère généralement
    les coefficients d'absorption aux fréquences normalisées :

                                            125 - 200 - 500 - 1000 - 2000 - 4000 Hz

    Les résonateurs. Le principe de ces correcteurs acoustiques est basé sur la mise en résonance, soit
    directement d'une masse d'air, soit d'une membrane. Le maximum d'absorption a lieu à la fréquence de
    résonance du système.

    Le résonateur de HELMOLTZ est une cavité qui communique avec l'atmosphère par un col, comme une
    enceinte bass-reflex. La fréquence de résonance dépend de l'élasticité du volume d'air de la cavité et du
    poids d'air dans le col.

    Le résonateur à membrane est constitué d'un diaphragme placé à distance d'une paroi. La fréquence de
    résonance dépend de la masse du diaphragme et de l'éloignement de la paroi.

    Une plaque perforée placée à distance d'une paroi peut être assimilée à une multitude de petits
    résonateurs. Si les trous ont des diamètres différents la plaque absorbera différentes fréquences.

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    Aperçu de la réglementation

    On a constaté depuis longtemps que les travailleurs exposés à des niveaux sonores élevés finissaient
    par présenter des troubles de l'audition.

    Il est à noter que la notion de "niveau sonore" n'entraîne aucune distinction entre les bruits, qu'ils soient
    considérés subjectivement comme agréables, gênants ou pénibles. Les études menées sur ce thème
    dans de nombreux pays depuis de longues années ont permis d'établir des statistiques fiables. C'est
    pourquoi à partir de 85 dB il doit être mis à disposition des travailleurs des systèmes de protection tels
    que bouchons d'oreilles ou casque. A partir de 90 dB de niveau sonore, l'employeur doit s'assurer que
    ces protections sont bien utilisées par les travailleurs.

    Il ne suffit pas d'être exposé longuement à des niveaux sonores élevés pour endommager ses oreilles.
    Un bruit bref mais puissant peut suffire à déclencher des troubles irréversibles : surdité partielle ou totale,
    acouphènes, etc. Certains lieux diffusant de la musique font l'objet d'une réglementation visant à limiter le
    niveau sonore à 105 dB. Ce niveau sonore est encore très élevé et est susceptible d'entraîner des
    troubles sérieux de l'audition. On peut penser que la clientèle - de passage - aura le temps de récupérer
    entre deux expositions, mais ce ne sera certainement pas le cas pour le personnel à plein temps.

    La notion de niveau d'exposition équivalent permet d'établir une équivalence reconnue entre l'exposition
    d'un individu à un certain niveau durant un certain temps, et l'exposition correspondante ramenée à une
    durée de 8 heures. Exemple pour une exposition à un niveau de 105 dB

    Durée d'exposition                  Equivalence sur 8 h

              1 mn                                        78,08 dB/8h
            10 mn                                        88,07 dB/8h
            30 mn                                        92,84 dB/8h
              1 h                                            95,84 dB/8h
              2 h                                            98,85 dB/8h
              4 h                                          101,88 dB/8h
              6 h                                          103,62 dB/8h


    La gêne pour le voisinage est estimée à partir du "bruit de fond". Celui-ci est mesuré en temps "normal",
    hors présence de l'élément perturbateur. Le législateur considère qu'il peut y avoir gêne si :

          > La nuit, de 22 h à 7 h,  le bruit perturbateur émerge de plus de 3 dB au dessus du bruit de fond.
          > Le jour, de 7 h à 22 h, le bruit perturbateur émerge de plus de 5 dB au dessus du bruit de fond.

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