Acoustique des salles

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Acoustique des salles
1. Caractéristiques d’une salle
2. Champ réverbéré
3. Représentation du champ
4. Temps de réverbération
5. Répartion champ réverbéré /
Champ direct
Wallace C. Sabine
1868 - 1919
www.acousas.tk
Licence Arts et Technologies - L3
option : Matériaux sonores et enregistrement musical
1
1-Caractéristiques d’une salle
Dans une salle, le son direct existe toujours mais la propagation
dans l'espace donne naissance en plus à une multitude d'échos
qui vont décroître au cours du temps et qui constituent le son
réverbéré.
Son direct : Production sonore issu
directement de la source (comme si la salle
n’existait pas)
Son réverbéré : Production sonore issu des
multiples réflexions aux parois de la salle et
qui vont décroître au cours du temps
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1-Caractéristiques d’une salle
Niveau
sonore
dB
ENVELOPPE
DU DECLIN
Impulsion
sonore
initiale
Premières
réflexions
Son direct
reçu par
l’auditeur
Champ diffus
temps
Réverbération
Représentation de la réponse d’une salle à un signal
impulsionnel (très court)
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1-Caractéristiques d’une salle (exemple de salles)
Chambre sourde ou anéchoïde
Annulation du son réverbéré
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Chambre réverbérante
Cette salle, dont les parois sont très réfléchissantes (
coefficient d'absorption proche de zéro). Elle permet la
mesure du coefficient d'absorption en champ diffus de
matériau acoustique. Il est également possible d'y
réaliser des mesures de puissance acoustique
d'équipements selon les normes en vigueur.
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Espace de projection de l’IRCAM
L'Espace de Projection est une salle dont l'acoustique est modulable. Salle
de concert et de répétition, l'Espace de Projection est également un outil
de recherche pour les acousticiens et un studio d'enregistrement.
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2-Champ réverbéré
Son direct
Percussion « Dry »
Premières réflexions
Réverbération
diffuse
Percussion avec
réverbération
Percussion avec
premières réflexions
Le son réverbéré dépend de caractéristiques
multiples (dimensions de la salle, forme de la salle,
nature des matériaux). En conséquence, la
perception d’un événement musical dans une salle
diffère suivant la place occupée par l'auditeur de
façon plus importante qu’en champ libre.
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Réverbération
diffuse
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2-Champ réverbéré (exemples)
Réverberation avec 4 variantes :
(1) bright room ; (2) dark room;
(3) large warm room; (4) gated.
Clés, fermeture de portes dans le
préau d’une grande bibliothèque
Hall de grand bâtiment lors d’une
réception
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3-Représentation du champ (acoustique
géométrique)
Gustave Lyon (il a construit la salle Pleyel, Paris) a
énoncé les principes généraux de l'acoustique
géométrique, liés au choix de certaines formes de
strutures de matériaux absorbants.
• Le son direct n'est perceptible qu'à courte distance de la
source, son énergie décroit en effet suivant l'inverse du
carré de la distance à la source.
En conséquence, les sons réfléchis constituent, sauf au voisinage de la
source, l'essentiel du son perçu. Il est donc souhaitable d'en favoriser la
propagation. Cependant l'onde réfléchie met, pour arriver à l'oreille, un temps
toujours supérieur à l'onde directe ce qui provoque deux sons distincts si le
décalage est suffisamment long. C'est le phénomène d' écho (dit écho franc,
quand la séparation des sonorités apparaît totale ).
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3-Représentation du champ (acoustique
géométrique)
La règle de Gustave Lyon mentionne 17 mètres pour un son
entretenu, et 12 mètres pour un son sec (percussion) pour
percevoir un écho distinctement.
Questions
• Quels sont les décalages
temporels admissibles
pour l’oreille pour avoir la
fusion entre son direct et
son réfléchi?
•Un écho est-il perçu??
•Quelles sont les
conditions pour être
perçu?
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3-Représentation du champ (établissement de la
réverbération)
M
Auditeur
S
Source
Situation
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réverbération)
M
S
Son direct
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réverbération)
M
S
Premières
réflexions
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réverbération)
M
S
Secondes
réflexions
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réverbération)
M
S
ensemble
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3-Représentation du champ (particularités)
Diffusion
Lorsque les ondes sonores frappent un
obstacle dont la surface est irrégulière,
elles sont diffusées dans tous les sens.
Les ondes auront une ou plusieurs
réflexions. C’est la diffusion.
focalisation
Si la surface présente une courbure
régulière, de forme elliptique par
exemple, les ondes émises à l'un des
foyers se concentrent à un deuxième
foyer. C’est le phénomène de
focalisation.
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3-Représentation du champ (absorption)
Absorption
En fait, aucune surface ne
réfléchit des ondes sonores
sans absorber partiellement de
l'énergie. Ce qui revient à dire
que des particules du corps
réfléchissant seront mises en
vibration et qu'une partie de
l'énergie du phénomène sonore
sera transformée en chaleur.
C’est l’absorption.
Tous les matériaux possèdent un coefficient d'absorption qui joue un rôle
important dans l'insonorisation et l'acoustique des salles. En général,
plus la fréquence du son est élevée, plus l'absorption est grande.
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4-
Principe de l’acoustique géométrique
S-M = 3,4 m
S
αi αr
S-I = 2 m
M
J
I
S’
M’
Loi de descartes:
αi = α r
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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.
Distances parcourues:
•Son direct  SM
•Son réfléchie  SJM
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4-
Principe de l’acoustique géométrique
1)
2)
3)
S
S-M = 3,4 m
4)
5)
M
2m
1m
I
Construire la source image S’
Tracer le rayon réfléchi S’ M
Identifier le point
d’intersection J
Compléter avec le rayon
direct SJ.
Comment déterminer le délai
entre son direct et son
réfléchi?
J
S’
Distances parcourues:
•Son direct  SM  3,4 m
•Son réfléchie  SJM = S’M  4,42 m
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Délai: ∆t = (S’M-SM)/340
Ici ∆t = 3 ms
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5-Réverbération (Acoustique Statistique)
Les travaux de W.Sabine ont permis une appréhension statistique
(Acoustique statistique ) des phénomènes sonores à l'intérieur d'une salle
moyenne
Sabine a introduit la notion de temps de
réverbération qui est : la durée nécessaire à
l'extinction (réduction à 0 dB) d'un son dont le
niveau mesuré en un point était de 60 dB avant
l'arrêt des sources sonores.
Tr60
Ce temps de réverbération dépend :
• de la géométrie de la salle
V, S
f
•de la fréquence,
•du point de la salle où on le mesure,
r
• des sources sonores ( répartition, conditions
d'extinction ).
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5-Réverbération (Acoustique Statistique)
Les travaux de Sabine ont permis de constater :
Que dans les salles dont les dimensions étaient moyennes, le temps de
réverbération restait sensiblement le même quels que soient :
• le point de l'auditorium où se faisait la mesure,
• la façon dont étaient réparties les sources sonores,
• la distribution des revêtements sur les murs.
• la longueur moyenne d'un rayon sonore ( soumis aux lois de Descartes )
caculée entre deux parois qu'il atteint consécutivement est constante.
<l> =4.V/S
Ces salles sont dites homogènes.
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Libre parcours moyen
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5-Réverbération
Loi de Sabine :
Tr60 =
Le Tr60 dépend :
du volume de la
salle (V)
de la surface
d’absorption
équivalente de la
salle
V
0,16
α S
Le temps de
réverbération
est toujours
plus long dans
les basses
fréquences
A = (α.S)
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5-Réverbération
Loi de Sabine :
Formule de Sabine
Tr60 : Temps de réverbération en seconde
0.16 : Constante V : Volume du local en m3
V
A : Aire d'absorption équivalente
Tr60 = 0,16.
α1:Coeff. de Sabine de l'objet 1
A
S1: Surface de l'objet 1
L’aire d’absorption équivalente est égale à la somme
avec
A =(α1 x S1) +(α2 x S2)+... de chaque surface (S1, S2...) multipliée par son
coefficient alpha Sabine (α1, α2 ...)
Le degré d’absorption acoustique d’un matériau pour une certaine bande de
fréquence est caractérisé par le coefficient de Sabine αn, qui détermine la quantité
d’énergie absorbée. Ce coefficient αn permet de comparer les performances des
différents produits.
•Si αn Sabine tend vers 1 cela signifie que la paroi a absorbée la totalité de
l’énergie et que rien n’est réfléchie, le matériau est absorbant
•Si αn Sabine = 0 ou tend vers 0 cela signifie que la paroi a réfléchie la
totalité de l’énergie et que rien n’est absorbé, le matériau est réverbérant
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6-Répartition Champ
direct / Champ
réverbéré
Source
Écoute 1
Écoute 2
Le niveau du son
réverbéré évolue peu
avec la distance
Écoute 3
L’éloignement par rapport
à la source diminue le délai
des premières réflexions
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Le niveau du son direct
diminue en fonction de
la distance source –
auditeur.
Source
image
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6-Répartition Champ direct / Champ réverbéré
IR
=
W/A
Intensité directe 1
IR > Id
IR < Id
2
Intensité directe 2
1
Source
t
Établissement du
son réverbéré
Régime
permanent
Distance Critique
Extinction du
son réverbéré
IR = Id
EMISSION SONORE
IR =
t
W . 1 − e− τ 


A

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IR =
W
A
t
IR =
W.e− τ
A
W la puissance de la source (en Watt)
A la surface d’absorption équivalente (en m2)
τ la constante de temps (en s).
τ=
4.V
A .C
V : Volume de la salle ;
C célérité de l’air
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Expression de la pression directe :
W
2
=
ρ
.C.
.Q
pD
2
4.π .r
Expression de la pression réverbérée :
W
pR2 = 4.ρ.C.IR = 4.ρ.C.
A
Expression de la pression totale :
p = pD + pR
2
2
2
Q
4
= ρ .C.W. 
+
 4.π .r2 A 
ρ.C : impédance de
l’air
W : Puissance
Acoustique
r : distance source
auditeur
Q : Facteur de
directivité
Expression du niveau de pression total : A : Surface
 Q + 4
Lp = LW + 10.log 

 4.π .r2 A 
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équivalente
d’absorption de salle
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NIVEAU (dB)
0
NIVEAU DU
CHAMP DIRECT
-6
NIVEAU DU CHAMP TOTAL
-12
NIVEAU DU CHAMP
REVERBERE
-18
X
0
2.X
Dc
4.X
8.X
DISTANCE DE LA SOURCE
Dans un espace réverbérant: l’indice principal est la
proportion son direct/son réverbéré. La précision dépend
moins de la connaissance de la source. Cet indice permet d’évaluer
la distance mais plus rarement la localisation.
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Acoustique des salles

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