Introduction
Avec la démocratisation des systèmes Home Cinéma (HC) et de l'audio multi-canal (SACD), il devient de plus en plus difficile d'intégrer les nombreuses enceintes autour de l'auditeur mais il ne suffit pas de faire entrer au chausse-pied, dans votre salon, les 6 ou 7 enceintes de votre système pour en tirer la substantifique moelle. De plus, votre caisson de basse aura un effet dévastateur sur votre environnement si vous n'avez pas pris quelques précautions avant de l'installer.
Nous oublions trop souvent que la salle d'écoute n'est pas un maillon passif de la chaîne audio. Bien au contraire, le lieu réagi aux ondes sonores, il les reçoit, il les modifie et les réémet. Tout comme les sources, les amplis, les enceintes et les câbles, la salle à son propre rendement, c'est un maillon actif, essentiel dans la restitution sonore. Les dimensions, les proportions et la forme de la pièce sont des paramètres primordiaux qui affectent le comportement des sons.
La décision
Décider de construire une salle dédiée à sa passion ou de transformer son espace de vie pour pouvoir vivre pleinement cette passion n'est pas un acte à prendre à la légère. Ce doit être une décision mûrement réfléchie, car même si chaque fois nous tenterons de trouver les solutions les moins chères et les plus faciles à mettre en œuvre, les conséquences financières et les conséquences sur le WAF (Women Acceptance Factor ou en français Critère d'Acceptation Féminin) ne sont pas toujours neutres.
Avant de se lancer dans des travaux ou des réaménagements tout azimut les propriétaires devront bien définir leurs besoins et les objectifs à atteindre. Il ne faudra surtout pas oublier, qu'il n'existe pas de système idéal et universel. Dans tous les cas, le meilleur de tous les systèmes est celui qui fait le bonheur de ses propriétaires.
La passion du son est assimilable à une quête : La quête du système idéal. Le chemin vers ce système est long, parfois plusieurs dizaines d'années, mais il est formidable. L'acoustique des salles et des lieux d'écoute est une des étapes sur cette longue route.
La problématique et les différents concepts
Pour parler d'acoustique d'une pièce il faut faire la différence entre deux données fondamentales :
- L'isolation acoustique de la pièce. C'est-à-dire la maîtrise du son de la salle vers l'extérieur et de l'extérieur vers la salle d'écoute. Une isolation phonique efficace vous permettra d'écouter votre système préféré (HC ou Hifi) à fort volume restant toujours amis avec vos voisins et sans que votre femme déboule affolée en pensant qu'une explosion atomique vient de pulvériser son habitation.
- Le comportement acoustique à l'intérieur de la salle. C'est-à-dire la maîtrise des ondes sonores à l'intérieur de votre salle d'écoute. Un bon comportement acoustique vous permettra de bénéficier pleinement de la capacité de votre système à reproduire les pistes sonores de vos enregistrements Hifi et celles de vos films préférés.
Une autre équation que vous devrez résoudre est celle de savoir où placer les enceintes et l'électronique. Avec la démocratisation du HC et de la restitution Hifi multi-canal (SACD et DVD Audio), le nombre d'enceintes s'est multiplié. Il n'est plus rare de trouver des installations avec 7 enceintes et un caisson de basse, certains Atolliens ont aménagé leur pièce avec 2 voire 3 caissons de basses. Les électroniques se sont elles aussi multipliées : Lecteurs de CD, lecteurs de DVD, pré-amplis, amplis, décodeurs satellite, vidéo projecteurs,… se côtoient désormais.
Face à cette course à l'équipement, nous vous conseillons de réfléchir avant d'acheter. Tout d'abord, nous voulons faire taire une rumeur qui dit qu'il faut au minimum 5 enceintes et un caisson pour bénéficier pleinement des enregistrements DVD de dernière génération. Le nombre d'enceintes est directement lié à la taille de la pièce, et les enregistrements stéréo des DVD actuels, ont une piste stéréo spécialement étudiée qui, dans une pièce de dimensions modestes (10 à 15 m2) est capable de faire pâlir beaucoup de pseudos spécialistes du multi-canal. Dans le chapitre " le choix du local " nous reviendrons en détail sur ces caractéristiques.
Une fois votre système déterminé, il vous faudra penser à l'aménagement de votre intérieur.
De ce choix découleront les câbles. Et là encore un problème épineux est à résoudre. Comment alimenter vos superbes électroniques et vos enceintes en restant compatible avec le WAF ? En effet, la maîtresse de maison n'est absolument pas prête à accepter de voir traîner les câbles au milieu de sa salle à manger même si ceux-ci valent plusieurs milliers d'euros.
Une fois les problèmes de positionnement des enceintes et d'intégration de l'électronique et des câbles résolus, se posera celui de l'ameublement de la pièce. Le mobilier, quantité et type, les tapis, les cadres… sont autant d'éléments qui en fonction de leur position influent directement sur la qualité de la restitution sonore, nous les utiliserons pour " ajuster " l'acoustique du local.Qu’est-ce qu’un son ?
Sans entrer dans des détails de mathématique et de physique, schématiquement le son est une onde composée d'une multitude de signaux sinusoïdaux de fréquences différentes. En Hifi, ces signaux sont regroupés dans trois familles de fréquence (ou longueur d'onde) :
- Les graves.
- Les médiums.
- Les aigus.
Pour la restitution du son, tout se passerait du mieux du monde si ces ondes n'avaient pas un comportement différent en fonction de leur fréquence. En effet, la vitesse de déplacement dans l'air et le comportement de l'onde lorsqu'elle rencontre un obstacle sont fonctions de cette longueur d'onde donc de la fréquence. C'est ainsi que les graves ne réagissent pas de la même manière que les aigus ou les médiums.
Ces différences de comportement nous conduisent à définir un certain nombre de données scientifiques.
Un peu de physique
Nous voulons résister à la tentation de vous noyer dans des formules mathématiques complexes et souvent rébarbatives. Au contraire, notre propos dans ce paragraphe est de rendre abordable à tous ces notions de physique importantes pour la compréhension des phénomènes de retransmission sonore.
Pour appréhender correctement l'acoustique d'une salle il est nécessaire de maîtriser et de bien comprendre les quelques données de physique exposées dans ce paragraphe. En effet, elles nous serviront en permanence à expliquer les phénomènes rencontrés, à les comprendre et pour trouver des solutions pour les supprimer, les minimiser et plus généralement pour les gérer.
Pour tous ceux qui voudraient aller plus loin dans la compréhension des lois de la physique des ondes, n'hésitez pas à nous poser des questions sur le forum d'Atoll, nous ferons le maximum pour vous répondre ou pour vous aiguiller vers ceux qui pourront le faire.
Onde sinusoïdale
C’est une onde périodique caractérisée par sa fréquence (ou période) et son amplitude.
Dans le cas d'une onde sonore, l'amplitude est mesurée en Décibels (dB) et la fréquence en Hertz (Hz). On parle également de longueur d'onde, cette grandeur est inversement proportionnelle à la fréquence et elle s'exprime en mètres (m).
Propagation du son
Un son est un assemblage complexe d'ondes de fréquences et d'intensités différentes. Ces ondes pour se propager d'un point " A " vers un point " B " ont besoin d'un support. Les différents matériaux qui nous entourent et l'air ambiant sont les vecteurs de la transmission du son.
En simplifiant : A travers les matériaux les ondes sinusoïdales se propagent en excitant les molécules de ces matériaux. Cette excitation se matérialise par un transfert d'énergie de l'onde vers les molécules. Chaque molécule ainsi excitée transmet son énergie, avec plus ou moins de pertes, aux molécules voisines, et ainsi de suite.
C'est ainsi qu'en fonction des matériaux les ondes se transmettent plus ou moins bien, plus ou moins vite et plus ou moins loin. Bien entendu, cette faculté de transmission est également fonction de la longueur d'onde du son émis
Certains d'entre vous ont sans doute remarqué que dans l'eau les sons se diffusent mieux que dans l'air. En fait, dans l'eau les sons se propagent en moyenne 5 fois plus vite que dans l'air. C'est pourquoi un plongeur sous-marin qui entend un bateau à la surface aura l'impression que ce dernier se trouve 5 fois plus près qu'il ne l'ait réellement.
En Hifi, le son est d'abord transformé en ondes électriques que les circuits et les câbles transportent d'éléments en éléments jusqu'aux enceintes et aux haut-parleurs. Ces courants électriques servent à alimenter les moteurs des HP, moteurs qui mettent en mouvement les membranes. Les membranes en se déplaçant transmettent leur énergie vibratoire à l'air qui les entoure.
L'air réagi comme un matériau solide, de l'excitation des molécules par les membranes des HP résulte une compression de l'air qui se transmet ainsi jusqu'aux tympans. Sous l'effet des compressions d'air les tympans vibrent ce qui permet au système auditif de décrypter le message. Mais les tympans ne sont pas les seuls récepteurs de ces ondes, le corps dans son ensemble (la peau, les poils, les os, le plexus,…) et bien entendu à tout l'environnement du lieu d'écoute sont eux aussi soumis à ces compressions. Tous ceux qui ont mis la main devant l'évent d'un caisson de basse à volume soutenu ont pu mesurer la puissance de compression transmise à l'air par une membrane de grand diamètre.
L'air est donc un vecteur essentiel de la transmission des sons et il ne faudra jamais sous-estimer sa capacité à transmettre les ondes sonores à tout ce qui l'entoure. Sans air, dans le vide absolu, il n'y a pas de son. C'est pourquoi en réalité dans l'espace il n'y a pas de bruit, et même un vaisseau spatial ou une explosion thermonucléaire seraient parfaitement inaudibles. Si les films de science-fiction à grand spectacle devaient respecter cette réalité physique ils y perdraient beaucoup d'intérêt.
Il y a une autre fausse réalité qu'il faut combattre. Nous avons tous entendu dire que les extrêmes graves ne sont pas directionnel et qu'il est donc possible de placer un caisson de basse n'importe où dans la pièce, c'est faux !
Ce genre de propos est relaté par des personnes qui parlent sans doute par méconnaissance du sujet ou qui répète en interprétant ce que d'autres leur ont expliqué.
En fait, les graves et les extrêmes graves, comme toutes les fréquences, sont des ondes directionnelles. La différence est que leur longueur d'onde est nettement plus grande que celle des autres ondes. Il en résulte que dans des usages domestiques dans des salles aux dimensions " réduites " il est très difficile, voire dans certains cas impossible, de localiser la source d'émission. C'est pourquoi il y a une grande latitude dans le positionnement d'un caisson de basse, mais dans le chapitre " le choix du local " nous verrons qu'en fait la position du (ou des) caisson(s) de basse doit répondre à des critères assez stricts.
Réfraction ou Réflexion
C'est un des comportements d'une onde qui rencontre un obstacle. Lorsque l'onde arrive sur l'obstacle elle fait avec lui un angle " alpha ", appelé angle incident. L'onde " rebondie " sur la paroi, on dit qu'elle est réfractée ou réfléchie par l'obstacle. Elle repart avec un angle réfléchi de même valeur " alpha " que l'angle incident.
C'est l'exemple du miroir qui réfléchi intégralement la lumière qui lui arrive.
Absorption
Dans l'exemple précédent, nous avons considéré l'obstacle comme étant totalement réfléchissant à l'onde : Cas d'un miroir. Or ce n'est pas toujours le cas. En fonction de la fréquence de l'onde incidente et des caractéristiques des matériaux, les obstacles absorbent une quantité plus ou moins importante d'énergie. Une partie de l'onde incidente est absorbée, on l'appelle onde absorbée, alors que la partie restante est réfléchie par la paroi.
Si nous reprenons le cas précédent : L'onde incidente arrive sur la paroi avec un angle incident " alpha ". Une partie de cette onde est réfléchie et l'angle de réflexion peut être considéré comme toujours égal à l'angle incident (pour les applications domestiques cette approximation est largement suffisante).
Une partie de l'onde se diffuse à l'intérieur de l'obstacle, l'angle avec la paroi est appelé angle de diffusion, sa valeur " beta " est une fonction du matériau (coefficient d'absorption et épaisseur) et de la longueur d'onde de l'onde incidente.
En schématisant : Onde incidente = Onde réfléchie + Onde absorbée .
Ou dit autrement : Onde réfléchie = Onde incidente – Onde absorbée .
En choisissant les matériaux en fonction de leur coefficient d'absorption nous allons pouvoir corriger le comportement acoustique de la salle.
Par contre, il faut garder à l'esprit que l'épaisseur de la paroi joue également un rôle primordial, si un léger voile suffit en général pour absorber les extrêmes aigus et éviter qu'ils ne réfléchissent, plusieurs mètres d'épaisseur peuvent être nécessaires pour absorber des signaux inférieurs à 50 Hz.
Diffraction
Si la surface de l'obstacle n'est pas lisse et qu'au contraire elle est complexe, l'onde incidente ne sera pas réfléchie en une seule onde. Chaque aspérité de la surface va se comporter comme une paroi, l'onde incidente sera donc réfléchie en une multitude d'ondes de plus faibles valeurs.
En schématisant : Onde incidente = Somme Ondes réfléchies + Somme Ondes absorbées
Ou dit autrement : Somme Ondes réfléchies = Onde incidente – Somme Ondes absorbées .
Pour adapter le comportement acoustique de la salle d'écoute, on utilisera le mobilier et on jouera également sur la forme des obstacles.
L’écho ou la Réverbération
La compréhension de ce phénomène est essentielle pour appréhender correctement l'acoustique d'une salle ou d'un lieu, nous indiquerons ici les données de base et nous développerons ce sujet, avec plus de précisions, dans le chapitre suivant : " Réverbération et Résonance ".
L'onde " directe " est celle qui se propage en ligne droite des haut-parleurs vers l'auditeur. Ce son est celui qui met le moins de temps pour parcourir la distance séparant la zone d'émission de la zone d'audition. Mais le son n'est pas unidirectionnel, certaines ondes se réfléchissent sur les parois, la distance parcourue est plus grande elles arrivent donc aux oreilles de l'auditeur avec un temps de retard par rapport à l'onde " directe ".
Si ce temps de retard est de l'ordre de quelques millisecondes l'auditeur ne perçoit qu'un seul son. Au contraire, si les ondes réfléchies arrivent aux oreilles de l'auditeur avec un temps de retard supérieur à 30 millisecondes environ et qu'en plus l'intensité sonore est du même ordre de grandeur que l'onde principale, l'auditeur distingue clairement deux (ou plusieurs) sons. C'est cet effet qui est à l'origine de l'écho bien connu de tout le monde. C'est ainsi que dans certaines vallées de montagne ou dans certains édifices religieux, il est possible de distinguer clairement plus de 7 échos.
L'écho (ou réverbération) est un phénomène naturel, il est présent partout et en tous lieux. Il ne faudra donc surtout pas chercher à le supprimer complètement, les conséquences seraient catastrophiques sur la restitution sonore.
Pour construire une salle il faudra donc maîtriser cet écho et, nous le verrons dans la suite, il faudra l'adapter au style d'écoute souhaité. C'est à partir de ce moment que commence à se creuser l'écart entre salle Hifi et salle HC.
Les ondes stationnaires ou La résonance
Prenons le cas de deux parois parallèles distantes d'une longueur " L " : Cas de deux murs opposés dans une salle. Lorsqu'un son est émis à partir d'une de ces parois, l'onde sonore se réfléchie sur le mur opposé. Si les parois sont réfléchissantes, un phénomène de rebond apparaît.
Si les ondes qui rebondissent ainsi :
- Sont de même amplitude (même intensité sonore).
- Ont une fréquence (" f " en Hertz) qui est un multiple de la vitesse du son (" c " = 330 mètres par seconde) divisée par deux fois la distance " L " (en mètres) : " f = k * (c / 2L) " où k est un entier qui peut être égal à 1, ou 2, ou 3, ou 4,.
un phénomène de résonance, appelé ondes stationnaires, apparaît.
Il ne faut pas confondre le phénomène de résonance expliqué ici avec celui de la réverbération que nous avons vu dans le paragraphe précédent. La résonance est un phénomène de physique vibratoire qui tel que dans certains cas une onde présente des pics d'intensités, les " ventres ", et des points où l'intensité y est nulle, les " nœuds ".
Les ondes stationnaires sont extrêmement pénalisantes pour la restitution sonore car elles correspondent à des fréquences propres qui en basses fréquences peuvent se succéder à quelques hertz près.
Lorsque ce phénomène apparaît, l'écoute n'est pas homogène dans la salle. Certaines zones présentent des niveaux sonores élevés, d'autres au contraire ont des niveaux faibles. Il n'est pas rare de pouvoir mesurer des écarts de plusieurs dizaines de décibels entre les nœuds et les ventres. De plus, comme le son se propage dans l'air le comprimant et que les ondes stationnaires mettent en jeu des énergies très élevées, elles peuvent faire vibrer certains objets dans la salle, provoquant ainsi des perturbations sonores.
Nous détaillerons également les ondes stationnaires dans le chapitre suivant : " Réverbération et Résonance ".