 Un peu d'acoustique |
Quand nous percevons un son, nous percevons généralement la superposition de signaux qui
ont emprunté différentes voies de cheminement entre la source et nos oreilles. En l'absence
de tout obstacle - cas théorique - nous percevons seulement la fraction de son qu'une source
émet dans notre direction. Le reste se perd dans l'environnement.
Ce son direct qui nous parvient devrait en principe avoir la même qualité qu'à proximité
immédiate de la source. Les spectres au départ et à l'arrivée devraient être identiques. Cela
est vrai sur de courtes distances mais ne l'est plus quand on s'éloigne car le son est dégradé
lors de sa seule propagation dans l'air. Cette détérioration dépend de la température,
de l'humidité, du vent… et n'affecte pas toutes les fréquences de la même façon.
Le son se trouve donc, non seulement atténué avec la distance, mais aussi plus ou moins altéré du seul
fait de sa propagation dans l'air.
Une autre forme de dégradation est liée aux décalages temporels qui peuvent prendre différentes formes.
Considérons dans un premier temps le cas simple de deux haut-parleurs proches l'un de l'autre et
diffusant le même signal. Si à l'aide d'un dispositif adapté (ligne à retard) on retarde de plus en plus
le signal d'un des deux haut-parleurs, on fait la constatation suivante :
- Jusqu'à environ 50/70 millisecondes de décalage les signaux sont perçus comme un seul.
- Au delà une gêne apparaît.
Dans cet exemple les signaux restent identiques. La gêne qui intervient n'est donc due qu'au seul
et unique décalage temporel.
En pratique, un locuteur, un instrument, un haut-parleur, n'émettent pas de façon directive comme le
faisceau d'un phare. Ils émettent au contraire avec une ouverture horizontale et verticale variable assez
large. Dès le départ, l'énergie de chaque "rayon" sonore est différente, ainsi que sa direction.
Dans un local, ces "rayons" sonores vont frapper les parois et les obstacles sous des incidences
différentes, ce qui donne lieux à une partie de billard en trois dimensions qui devient vite extrêmement
complexe puisque le son se déplace à environ 340 mètres par seconde. Les caractéristiques des parois
et des obstacles rencontrées conduisent à des effets de réflexion, d'absorption, de diffusion et de
diffraction, à l'occasion desquels, là encore, toutes les fréquences ne sont pas affectées de la même
façon. Les rebonds sur les parois et les obstacles entraînent pour chaque rayon des trajets différents, et
donc des décalages temporels, différents. Des résonances apparaissent, lesquelles entraînent à leur tour
des atténuations ou des renforcements de certaines fréquences.
A chaque trajet entre deux rebonds la détérioration du son dans l'air intervient également. Le son "tourne"
d'autant plus longtemps que les parois sont réfléchissantes.
Tout cela crée une "traînée" sonore plus ou moins persistante - la réverbération - qui englobe de multiples
phénomènes. Le spectre initial peut être considérablement dégradé à l'arrivée aux oreilles de l'auditeur.
En pratique les modes de propagation directs et indirects coexistent. La sensation de gêne peut s'avérer
très différente selon les niveaux relatifs des sons directs et des sons réverbérés, ainsi que selon
l'importance des décalages temporels et de l'altération fréquentielle.
Si la propagation du son est bien maîtrisée - cas des bonnes salles de concert - elle respecte les timbres,
l'intelligibilité et l'image de la source. Dans le cas contraire elle entraîne une dégradation plus ou moins
marquée qui peut aller jusqu'à l'incompréhension totale.
Il existe une corrélation entre l'intelligibilité et la durée de la réverbération. Toutefois, compte tenu de la
complexité du "brassage" sonore propre à chaque lieu, les résultats peuvent être très différents d'un
endroit à un autre, à durée de réverbération identique.
On retiendra que chaque lieu a des caractéristiques acoustiques particulières et qu'il est impossible de
généraliser.
Le travail du sonorisateur consiste à obtenir les meilleurs résultats possibles dans chaque cas.
Dans les cas difficiles cette recherche peut apparaître au profane comme de laborieux tâtonnements,
mais il ne faut pas oublier que l'on côtoie là les aspects ardus de la sonorisation. On est alors loin de la
sonorisation "confortable" des salles ayant fait l'objet de corrections acoustiques préalables.
L'installateur doit généralement combattre sur deux plans :
- Obtenir une intelligibilité suffisante de la parole (qui peut être vérifiée par des tests objectifs)
- Obtenir un niveau sonore suffisant avant l'accrochage Larsen (perceptible sous forme d'un sifflement aigu ) qui limite le gain de toute sonorisation.
C'est parfois plus facile à dire qu'à faire. | |
| A propos des microphones |
Comme dans tant d'autres domaines, on profite aujourd'hui, concernant les microphones, des avancées
technologiques réservées il y a encore peu aux équipements haut de gamme des studios
d'enregistrement.
Le classique microphone DYNAMIQUE se trouve maintenant remplacé pour certaines applications par
des microphones à "condensateur", ELECTROSTATIQUE ou à ELECTRET.
Alors que le microphone dynamique fait appel à un diaphragme relativement lourd qui limite ses
performances, la technologie des microphones à condensateur autorise des réponses très étendues et
une grande subtilité de transcription. L'intelligibilité en bénéficie.
Les microphones dynamiques génèrent leur propre signal (une tension de l'ordre du millivolt). En
revanche les microphones à condensateur ont besoin d'une tension extérieure qui est le plus souvent
fournie par l'amplificateur ou le préamplificateur, via les câbles de raccordement. On parle alors
"d'alimentation fantôme". Il faut bien sûr que l'appareil sur lequel est raccordé le microphone dispose de
ce type d'alimentation, ce qui n'est pas le cas des anciens matériels.
L'évolution vers des microphones modernes et performants s'accompagne donc parfois de la nécessité
de remplacer l'amplificateur ou le préamplificateur, ou de lui adjoindre un élément disposant d'une
alimentation fantôme. Le choix se fait au cas par cas.
La gamme des microphones à condensateur est très large. Leur sensibilité permet de s'en éloigner et de
gagner en confort d'utilisation. La contrepartie de cette sensibilité est qu'ils sont potentiellement plus
sujets à reprendre l'ambiance, ainsi qu'à l'accrochage Larsen perceptible sous forme d'un sifflement aigu.
Les microphones peuvent avoir des caractéristiques très similaires sur le papier, donc à la mesure, mais
cela n'implique pas qu'ils aient le même comportement en pratique. Aussi est-il sage, dans tous les cas,
d'essayer plusieurs types de microphones afin de déterminer quels modèles s'harmoniseront le mieux à
l'acoustique du lieu et aux besoins.
Les microphones plats - PZM - sont des microphones à condensateur qui exploitent l'effet de surpression
acoustique qui se manifeste à proximité d'une surface. Cela leur confère une sensibilité apparente très
élevée mais ils ne sont pas nécessairement plus efficients.
Les microphones délivrent tous des tensions extrêmement faibles, aussi est-il souhaitable d'utiliser un
câblage "faible bruit" de bonne qualité, et une connectique irréprochable. | |
| Réglages de tonalité et intelligibilité |
Il peut paraître surprenant d'aborder ce problème, mais les classiques réglages de tonalité "grave" et
"aigu", tant répandus sur de nombreux appareils, s'avèrent souvent inadaptés.
Ce type de correction élémentaire, qui s'articule autour d'un point fixe généralement situé vers 1000
Hertz, convient pour la musique et dans les cas simples où les caractéristiques acoustiques des lieux ne
dégradent pas trop l'intelligibilité. Il est en revanche inadéquat dans de nombreux autres cas.
Bien souvent une bonne intelligibilité ne peut être obtenue qu'en jouant sur des fréquences sensibles et
en atténuant d'autres parties du spectre qui ont tendance à exciter certaines résonances acoustiques.
Cette action ne peut être réalisée efficacement qu'avec des correcteurs qui permettent d'intervenir sur les
bandes de fréquences considérées, mais rares sont les appareils courants munis de tels réglages.
L'expérience démontre pourtant que l'usage d'un correcteur adapté et convenablement réglé
au banc de mesure permet :
- De gagner en intelligibilité de la parole
- De réduire les résonances acoustiques
- De repousser sensiblement l'apparition de l'effet Larsen perceptible sous forme d'un sifflement aigu.
De tels correcteurs peuvent généralement - mais pas toujours - s'insérer dans l'installation existante. Si
ils sont bien choisis et convenablement mis en œuvre ils permettent, pour un coût limité, de tirer
avantage du système existant. Un essai est facile à réaliser.
Le choix de microphones et de haut-parleurs adaptés est aussi, bien sûr, de nature à apporter une
amélioration décisive dans de nombreux cas.
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| Haut-parleurs et directivité |
On s'intéresse généralement davantage à la puissance, à la bande passante et au rendement, voir à
l'esthétique d'un haut-parleur, qu'à sa directivité.
Or, si ce dernier critère n'est pas essentiel dans la majorité des cas, il devient en revanche déterminant
quand il s'agit d'obtenir une bonne intelligibilité dans des locaux aux acoustiques difficiles.
Le son perçu est généralement la superposition de signaux ayant emprunté différentes voies de
propagation entre la source et nos oreilles.
Le signal utile est celui qui provient directement de la source.
Les signaux retardés par de multiples réflexions sur les parois et les obstacles environnants sont
gênants. Comme toutes les fréquences ne sont pas affectées de la même façon, le spectre à l'arrivée est
dégradé, ce qui nuit plus ou moins gravement à l'intelligibilité.
Il convient donc de focaliser autant que possible le son sur l'auditoire et d'éviter que des émissions
indésirables aillent rebondir sur les parois et les obstacles. C'est le but visé par les haut-parleurs
"directifs".
Seules certaines configurations de haut-parleurs permettent d'obtenir une "directivité réellement
contrôlée".
Avec les modèles "classiques", on s'approche aujourd'hui de la limite autorisée par la technologie
et par les lois physiques de propagation du son. Il est permis d'en attendre d'excellents résultats
pour peu qu'ils soient en adéquation avec l'acoustique du lieu.
De nouvelles enceintes processées opèrent une numérisation du son et intègrent de puissants
algorithmes de traitement. Il est ainsi possible de mieux contrôler la focalisation et d'atteindre
d'intéressants résultats. Ces systèmes coûteux ne constituent pas pour autant une panacées.
Quels que soit les haut-parleurs, la directivité n'est contrôlée que sur une distance limitée. Dans cette
zone utile l'intelligibilité est en principe acceptable. Au-delà la propagation redevient turbulente et
l'intelligibilité décroît rapidement.
L'acoustique est extrêmement variable d'un lieu à un autre. Dans les cas faciles un certain nombre de
matériels peut répondre de façon acceptable. Dans les autres cas, seuls des matériels parfaitement
dédiés et rigoureusement mis en œuvre permettent d'atteindre la qualité recherchée. | |
| L'effet Larsen |
Perceptible sous forme d'un sifflement aigu, le Larsen est un phénomène de bouclage entre haut-parleur
et microphone. Le signal issu du haut-parleur est repris par le microphone et réinjecté dans la
sonorisation, ce qui entraîne une oscillation parasite du système mécano-électro-acoustique. Le Larsen
est une fréquence pure. C'est un phénomène qui limite le gain de toute sonorisation.
L'apparition plus ou moins précoce du Larsen dépend des caractéristiques des haut-parleurs et des
microphones, de leurs orientations et de leurs emplacements respectifs. La plus mauvaise configuration
est celle où haut-parleur et microphone sont face à face et rapprochés.
Dans tous les cas l'acoustique du lieu intervient aussi. Une acoustique mate, absorbante, tendra à
repousser l'apparition du Larsen. En revanche, une acoustique brillante, réverbérante, tendra à favoriser
le Larsen.
Deux cas peuvent se présenter :
A - Le niveau sonore est suffisant avant accrochage, auquel cas le Larsen n'est pas gênant.
B - Il n'est pas possible d'obtenir un niveau sonore suffisant avant accrochage, et il faut alors
combattre le Larsen.
Une solution pour repousser l'apparition du Larsen consiste à procéder à une correction acoustique du
lieu, mais elle peut s'avérer coûteuse, voire difficilement réalisable dans certains cas, comme dans les
églises, par exemple. La charge incombera donc au système de sonorisation qu'il conviendra de
déterminer avec la plus grande minutie.
Les microphones et les haut-parleurs ont des caractéristiques qui leurs sont propres. Il faut retenir ceux
qui offrent la meilleure adéquation dans chaque cas, mais cela n'est généralement pas possible à la
lecture des documentations car il existe des problèmes de couplage très difficilement prévisibles entre les
transducteurs et le milieu acoustiques. Il faut donc obligatoirement recourir à des essais dans les cas
délicats.
Il existe des configurations préférentielles dans l'agencement des transducteurs. Il faut éloigner autant
que possible les microphones des haut-parleurs et s'efforcer de les placer dos à dos. Selon que les
microphones seront à directivité cardioïde ou hypercardioïde, on veillera à profiter au mieux des points
d'annulation de leurs coordonnées polaires .
Quand on monte le niveau, il arrive un moment où le Larsen apparaît. Il est possible avec certains
appareils de repérer la fréquence qui "accroche" et de la supprimer. Si l'on continue à monter le niveau,
une nouvelle fréquence d'accrochage apparaît, et ainsi de suite. Prétendre neutraliser ces fréquences
très ponctuelles avec les réglages qui équipent la majorité des appareils est utopique. Ces corrections
permettent tout au plus de repousser légèrement l'apparition du Larsen.
Vouloir agir sur le Larsen avec un égaliseur graphique multibandes est certes efficace mais cela risque
d'entraîner au passage une dégradation sensible de la qualité sonore pour certaines applications.
Restent alors certains filtres dits "anti-Larsen" et, ou, des solutions différentes mais complémentaires
telles que : coupure automatique des microphones non utilisés, mixage automatique avec régulation de
niveau, etc.
Avec les appareils classiques munis d'une simple correction grave/aigu, le mieux que l'on puisse faire est
de couper le grave et éventuellement d'atténuer les aigus.
La lutte contre le Larsen est un réel problème qui ne trouve pas de solution radicale aujourd'hui.
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| Câblage et parasitage |
Le signal audio s'apparente à un électroencéphalogramme. Il est constitué d'un fouillis extrêmement
dense d'informations de faible puissance, jalonné, de-ci, de-là, de crêtes très brèves mais puissantes. Sa
valeur moyenne demeure relativement faible et cette particularité le rend sensible à certaines
perturbations.
Le signal audio peut être "parasité" de différentes façons : par le courant secteur, par induction, par voies
aériennes, via les mises à la terres, etc. Aussi, négliger certaines précautions risque fort d'entraîner des
effets indésirables comme des ronflettes, des bruits divers, de la détection radio, etc. Quatre types
de lignes sont généralement en présence :
Les lignes électriques sont les lignes d'alimentation 230/380 Volts pour les prises de courant, l'éclairage,
la force, etc. Elles font partie du domaine de l'électricité et nous ne nous étendrons pas sur leurs
particularités. Elles rayonnent et sont susceptibles de véhiculer des parasites d'origines diverses et de
générer des perturbations.
Les lignes de haut-parleurs véhiculent un signal AUDIO de "puissance". Toutefois, compte tenu de
l'aspect du signal audio la puissance moyenne n'excède que très rarement quelques Watts ou dizaines
de Watts.
Les lignes de modulation à haut niveau "LINE, AUX, 0 dB" véhiculent des signaux de l'ordre de quelques
centaines de millivolts à quelques Volts en moyenne. Ce sont les signaux issus de la sortie d'une table
de mixage, de lecteurs de C.D., de K7, etc.
Les lignes de modulation "MICRO" véhiculent des signaux de l'ordre du MILLIVOLT, voire moins. Ces
signaux extrêmement faibles, qui seront à terme considérablement amplifiés, doivent faire l'objet d'une
attention toute particulière.
Les lignes de modulation peuvent être de deux types :
Les lignes asymétriques qui sont constituées le plus souvent d'un conducteur entouré d'un
"blindage". Ces lignes n'offrent pas une protection efficace vis à vis des parasites
extérieurs. La raison en est qu'un signal électrique se véhicule toujours dans deux
conducteurs et que le " blindage" ne constitue en fait qu'un des deux conducteurs. Elles sont
à proscrire dans les applications professionnelles et ne devront être utilisées que pour
véhiculer des signaux à hauts niveaux sur de courtes distances. Cette conception n'interdit
pas les phénomènes de bouclages de masse.
Les lignes symétriques qui sont constituées de deux conducteurs entourés d'un véritable
blindage. Cette configuration est associée à un dispositif d'inversion de phase annulant les
éventuels parasites qui pourraient franchir le blindage, et d'une isolation galvanique. Elles
offrent une protection très efficace contre toutes sortes de parasites et contre les
phénomènes de bouclage de masse. Pour bénéficier des ces avantages les appareils doivent
être prévus pour ce type liaison, ce qui est le cas du matériel professionnel.
Les lignes "MICRO" doivent impérativement être en fils MICRO symétriques de qualité. Proscrire
systématiquement toutes autres sortes de câbles. | |
| Réflexions autour d'un système de diffusion |
Notre système d'audition est extrêmement perfectionné et perçoit très vraisemblablement des
informations que nous ne savons pas mesurer . Cela nous permet d'apprécier les niveaux sonores, mais
aussi de nombreux autres facteurs liés aux décalages temporels, au contenu fréquentiel, etc., au delà
même des seuils d'audition conventionnels.
Dans la perception d'une source sonore entrent en jeu les caractéristiques de celle-ci mais aussi
l'acoustique du lieu dans lequel elle émet.
Les caractéristiques acoustiques du lieu engendrent des phénomènes d'absorption, de réflexion, de
diffraction, de diffusion, d'échos, de résonances, etc.. L'auditeur perçoit en premier la fraction de signal
qui lui parvient directement de la source, à la quelle se superposent des signaux réfléchis plus ou moins
décalés dans le temps et dégradés. La psychoacoustique intervient et la gêne n'est pas ressentie de la
même façon selon l'incidence, le retard, les niveaux respectifs, la modification spectrale, des différents
sons provenant aux oreilles.
Voilà résumé sommairement l'aspect acoustique (propagation et perception) dont on connaît à peu près
les arcanes.
Pour optimiser l'intelligibilité, il reste à réaliser la subtile adéquation entre les caractéristiques de notre
système d'audition, les caractéristiques acoustiques du lieu, et celles du système de sonorisation.
La mise au point du système de diffusion, notamment, n'est pas simple et il ne faut pas croire que tous
les systèmes, fusent-ils destinés à un type d'application donné, se valent. Loin s'en faut.
Un simple haut-parleur (en tant que composant) opère déjà une transformation complexe d'un signal
électrique en action mécanique, puis de l'action mécanique en signal acoustique. Ses caractéristiques
électro/mécano/acoustiques sont nombreuses et dépassent de loin les traditionnelles indications fournies
par les documentations commerciales. Il faut ajouter aux caractéristiques mesurables, celles non
mesurables que l'oreille perçoit néanmoins comme le timbre, le grain, la dureté, etc.
Les haut-parleurs, sont intégrés dans une enceinte qui amène à son tour des perturbations sous forme
de résonances, d'effets de bafflage, de déphasages, d'intermodulation, de filtrage en peigne, etc. La
conception d'un système efficient - pour une gamme d'applications donnée - relève donc d'un savoir-faire
extrêmement habile où calculs, écoutes et mesures se succèdent et au cours duquel il ne faut pas
craindre de remettre son ouvrage sur le métier. Le contrôle efficace de l'énergie et de la directivité,
impératif pour certaines applications, demeure un champ d'investigations difficile sur lequel travaillent des
ingénieurs dans le monde entier.
Croire que tout se vaut, ou presque, est donc une grossière erreur que malheureusement même de
prétendus professionnels semblent méconnaître.
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| En conclusion |  |
Au terme de ce rapide survol, d'aucuns pourront s'étonner de ne pas trouver de recettes miracles. C'est
tout simplement qu'il n'y en a pas, à fortiori dans les cas difficiles. Nous avons attiré votre attention sur les
difficultés et nous vous avons donné les raisons de celles-ci. Nous espérons que cela vous aidera à vous
prémunir vis-à-vis des assertions parfois aussi erronées que péremptoires de certains intervenants.
Nous l'avons déjà dit, la sonorisation ça paraît tellement simple, que tout le monde se croit compétent.
Pourtant, nul n'à la science infuse, surtout dans un métier offrant de si multiples facettes. Autant de cas,
autant de lieux différents, autant d'acoustiques caractéristiques, autant de configurations à optimiser,
certaines avec facilité, d'autres très laborieusement.
Pour être efficace il faut bien sur savoir quels outils sont susceptibles de répondre à tel ou tel type de
besoin. Mais il faut aussi et surtout avoir la volonté et la capacité de tester ces outils en situation afin
d'avoir la certitude d'obtenir les résultats attendus. Il faut aussi avoir la capacité de gérer certaines
anomalies et ne pas laisser un client avec une installation qui fonctionne mal, comme on le voit hélas trop
souvent.
Répétons-le, si un fournisseur certifie que le résultat attendu sera obtenu, il ne devrait voir aucun
inconvénient à en faire la démonstration, in situ, avec le matériel prévu. C'est votre seule assurance.
Dans le cas contraire la plus grande circonspection s'impose car, quels que soient le prix, le savoir-faire
et les références invoquées, rien ne prouve que la qualité promise sera au rendez-vous in situ.
Enfin, ne perdez pas de vue que nous portons tous sur nous le meilleur instrument qui soit, NOS
OREILLES, il suffit de s'en servir pour juger des résultats. En terme d'intelligibilité il n'y a pas d'autres
alternatives que BIEN comprendre ou MAL comprendre.
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| Propagation du son et intelligibilité |
Dans les endroits réverbérants, qui résonnent, les rebonds du son sur les parois et les obstacles sont la principale cause de dégradation du message.
Cela entraîne une perte d'intelligibilité qui peut aller jusqu'à l'incompréhension totale.
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Effet Larsen |  |
L'effet Larsen est un bouclage entre haut-parleur et microphone.
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