Réverbération et Résonance

Nous avons vu que la réverbération (ou écho) et que la résonance (ou ondes stationnaires) sont deux phénomènes qui peuvent provoquer des perturbations élevées dans la zone d'écoute.

Ce chapitre leur est entièrement consacré. Nous nous attacherons à les caractériser et à donner des conseils quant aux moyens qui peuvent être mis en place pour les gérer.

La Réverbération

La réverbération (ou écho) est un phénomène présent dans la nature en tous lieux et il contribue à la qualité de la perception du message sonore. Il ne faudra donc surtout pas tenter de le supprimer, on cherchera plutôt à le maîtriser pour obtenir une restitution des sons conforme aux attentes des propriétaires de la maison.

Le cas de la chambre sourde

La " chambre sourde " est un local constitué de parois qui absorbent tous les sons quelle que soient leur fréquence et leur intensité. Le traitement acoustique est étudié pour qu'il y ait ni réflexion, ni diffraction des ondes incidentes. De plus, l'isolation phonique est totale, aucun son extérieur ne peut donc y entrer. Le local ainsi conçu supprime toutes les réverbérations et aucun son ne peut sortir et aucun autre ne peut y entrer. On obtient donc le silence parfait.

Demeurer dans une telle pièce est vraiment perturbant. Le silence dérange car nous sommes habitués à vivre au milieu de micros bruits qui sont essentiels à notre équilibre. De plus quand on parle à l'intérieur d'une chambre sourde, le son qui revient à nos oreilles est des plus désagréable, voire presque intolérable. Ceci s'explique par l'absence de réverbération. Là encore, nous ne sommes pas habitués à ce genre de comportement sonore et il manque au message perçu une quantité importante d'informations capitales au réalisme et au naturel de ce son.

Pour appréhender correctement les problèmes d'acoustique d'un local, il faut toujours avoir à l'esprit que la présence de réverbérations est essentielle dans la perception du signal sonore.

L’effet HAAS

L'oreille est un récepteur sonore capable de percevoir plusieurs sons en simultané. HAAS a étudié les conséquences de la perception de deux sons identiques arrivant à l'oreille avec un décalage temporel (temps de retard).

HAAS a mis en évidence, que si les deux sons arrivent avec un temps de retard de l'ordre de quelques millisecondes, le système auditif ne perçois qu'un seul son et que ce léger retard contribue à l'effet vivant du son entendu. Par contre, si les deux sons arrivent avec plus de quelques dizaines de millisecondes d'écart l'oreille perçoit alors les deux sons nettement distincts : C'est l'écho.

HAAS a démontré également que la différence d'intensité entre les deux sons qui arrivent à l'oreille influe directement sur la perception. Dans le cas de l'écho, plus le son retardé est de niveau faible, meilleure et la perception distincte des deux sons. Par contre si les deux sons sont de niveaux comparables la distinction est très difficile et le décodage du message peut devenir impossible.

Physiquement, plus la salle est grande, plus elle est constituée de parois réfléchissantes plus l'apparition de l'écho est favorisée. Il faudra donc en tenir compte dans le choix, dans la conception et dans le traitement de la salle d'écoute.

Le RT60

Pour définir la capacité des salles à restituer l'écho, les spécialistes ont défini une donnée le RT60 (ou TR en français). Le RT60, c'est le temps qui est mis par l'énergie sonore pour décroître de 60 dB après l'extinction de la source sonore.

RT60

Le signal sonore est constitué d'une multitude de sons successifs et simultanés. Dans ce cas nous obtenons les restitutions suivantes (en faisant l'approximation que la réverbération est linéaire) :

RT60 faible
RT60 élevé

On s'aperçoit donc que l'intelligibilité du message est fonction du RT60 :

Attention : le RT60 est une fonction de la fréquence de l'onde émise. C'est pourquoi, il n'existe pas de RT60 pour une salle, mais que dans un local chaque fréquence possède un RT60. en acoustique on recherchera donc un RT60 qui varie faiblement sur toute la plage de fréquence.

Pour obtenir un message clair dans une salle fortement réverbérante, il est impératif d'adapter le tempo. Les locaux ayant des RT60 élevés, comme les églises par exemple, sont adaptés à des musiques ayant des tempos lents : Orgues par exemple ou les chants grégoriens.
Au contraire, les salles ayant une réverbération faible, sont adaptées aux musiques rapides. A l'inverse des églises, les salles de cinéma, les clubs de danse et les salles de conférence sont étudiées pour obtenir un RT très faible.

Tout comme dans les salles professionnelles, pour ne pas fatiguer les auditeurs, dans les applications domestiques il faudra trouver le bon compromis car comme nous venons de le voir HC, Disco, Musique classique, Variétés, Lyrique, Jazz, Orgues… doivent être joués dans des locaux adaptés au style écouté.

Des abaques existent pour déterminer le RT60 en fonction du style de musique à reproduire, mais il est communément admis qu'un RT60 compris entre 0,5 s et 0,6 s, sur toute la bande de fréquence, est idéal pour le HC alors que pour une utilisation à vocation Hifi il doit être compris entre 0,7 s et 0,8 s. Quant aux amoureux des concerts d'orgues, ils opteront pour un RT60 supérieur à 1 s, mais dans ce cas la salle sera dédiée à ce type de musiques et à toutes celles qui ont un tempo plutôt lent.

Comment mesurer le RT60 ?

Pour mesurer le RT60, vous pouvez bien sûr faire appel à un spécialiste qui viendra chez vous avec des moyens de mesures. Il existe également des formules mathématiques qui approchent cette grandeur, nous verrons la formule dite de Sabine dans le chapitre " Le traitement acoustique ".
Mais deux tests simples et très efficaces sont à votre disposition pour savoir si le RT60 de votre salle est acceptable :

  1. Le clap clap des mains " : Tapez dans vos mains et écouter le résultat. Vous identifierez très vite la capacité de votre local à produire de l'écho.
  2. L'écoute d'une conversation " : Placez-vous à une extrémité de la pièce et écoutez votre famille ou vos amis dialoguer entre eux. S'ils ont besoin d'élever la voix, ou si vous entendez mal, que les sons qui vous parviennent sont confus et que le message n'est pas intelligible c'est que votre salle a trop de réverbération.

Comment corriger un problème de réverbération ?

La réverbération est due aux ondes qui rebondissent de parois en parois. Pour limiter ce phénomène, il faut absorber ou diffracter une partie des ondes réfléchies. Pour optimiser le RT60 et l'adapter au style de musique souhaité, il vous faudra alterner les surfaces réfléchissantes et les surfaces absorbantes.
Pour ce faire, il est communément admis qu'une surface réfléchissante doit faire face à une surface absorbante.

Les audiophiles recherchent une ambiance sonore, ils construiront leur salle d'écoute de manière à ce que la zone d'émission des sons (zone des enceintes) soit globalement réfléchissante et que celle d'écoute (fauteuils) soit globalement absorbante. Les musiciens veulent entendre les notes très clairement et ils privilégient l'inéligibilité du message à l'ambiance et à la qualité de restitution, ils construiront une salle qui canalise les sons et qui les dirige vers la zone d'écoute. Pour eux, il sera préférable que la zone d'émission des sons soit globalement absorbante et que celle d'écoute soit globalement réfléchissante comme c'est le cas dans les studios d'enregistrement. Les aficionados du HC quant à eux privilégieront une ambiance feutrée propice aux effets spéciaux des films à grand spectacle. Ils construiront donc leur salle comme celle des audiophiles en augmentant sensiblement la proportion des surfaces absorbantes par rapport aux surfaces réfléchissantes.

Les tapis de sol, les tentures, les rideaux et le mobilier vous aideront à modifier et à ajuster la réverbération de votre pièce en fonction de vos goûts et de vos attentes. Dans le chapitre " Le traitement acoustique " nous reviendrons plus en détail sur les solutions à mettre en œuvre pour prévenir et pour corriger les problèmes de réverbération.

La Résonance

Si, comme nous venons de le voir, la réverbération, lorsqu'elle est contrôlée, apporte une amélioration du message sonore, la résonance (ondes stationnaires) au contraire doit être éradiquée.

Comme nous l'avons vu dans le chapitre précédent, les ondes stationnaires sont des ondes sonores dont les fréquences répondent à l'équation suivante : " f = k * (c / 2L) " où k est un entier qui peut être égal à 1, ou 2, ou 3, ou 4,…. " c " est la vitesse du son (330 mètres par seconde dans l'air) et " L " est la distance en mètres qui sépare deux parois.

ondes stationaires

Prenons l'exemple de deux murs distant de L = 5 mètres.
La vitesse du son dans les conditions normales est c = 330 m/s.
Donc f = k * (330 / 10) = 33 * k.
Les ondes stationnaires apparaissent donc aux fréquences suivantes appelées " fréquences propres " :
f = 33Hz, 66Hz, 99Hz, 132Hz, …., 330Hz, 363Hz, …., 31350 Hz, ….

Il faut noter que les ondes stationnaires peuvent apparaître dans les trois dimensions de votre local : Longueur, largeur et hauteur. Il faudra donc en tenir compte dans la lutte contre leur apparition.

Comme nous l'avons vu en introduction, l'onde sonore se propage dans l'air en comprimant ce dernier. Lorsque le phénomène d'ondes stationnaires apparaît, la différence d'intensité sonore entre les nœuds et les ventres peut atteindre plusieurs dizaines de dB. Aux ventres il y a donc une augmentation forte de la pression d'air. Cette pressurisation se transmet à tout ce qui l'entoure, et en fonction des fréquences de résonance émises elle peut faire vibrer des éléments de votre pièce.

Dans d'autres cas, si votre zone d'écoute se trouve proche d'un nœud, vous aurez du mal à percevoir les sons dont les fréquences sont celles des ondes stationnaires, le message perçu ne sera pas clair et vous serez tenté d'augmenter le volume sonore pour compenser cette perte. L'augmentation du volume sonore ne changera rien à votre problème de perception, mais il aura un effet dévastateur sur votre environnement.

Comment mesurer la résonance ?

Comme pour le RT60, pour les ondes stationnaires vous pouvez faire appel à un spécialiste qui viendra chez vous avec des moyens de mesures.
Mais là encore deux petits tests très simples peuvent très vite vous permettre d'identifier l'apparition de ce phénomène :

  1. " La ballade dans la pièce " : Promenez-vous dans votre local est écoutez votre musique favorite. Comme nous l'avons vu, les ondes stationnaires présentent des ventres et des nœuds. En vous déplaçant vous percevrez nettement ces différences d'intensité sonores si elles existent.
  2. " L'écoute à fort niveau de fréquences basses " : Testez des bruits d'explosions et des sons graves à un niveau sonore soutenu, si des éléments de votre intérieur se mettent à entrer en vibration alors qu'ils sont fixés rigidement, c'est que vous êtes confronté à des ondes stationnaires dans ces zones.

Comment corriger un problème de résonance ?

La résonance est due à une onde sonore qui rebondie entre deux parois.

Nous savons que ce phénomène apparaît pour des fréquences propres en fonction des dimensions de la pièce. Nous avons vu que ces fréquences propres peuvent être nombreuses et souvent proches les unes des autres surtout dans les graves. C'est pour cela que certaines personnes vous conseilleront d'insérer un équaliseur dans votre système. Si cet appareil peut satisfaire les musiciens, qui nous le rappelons ne recherchent que la lecture auditive de la partition, il est largement incompatible avec les contraintes des mélomanes et des audiophiles. Un équaliseur vous permettra de filtrer les fréquences qui sont à l'origine des ondes stationnaires mais il modifiera le message sonore. C'est pourquoi nous vous conseillons de n'utiliser cet artifice que lorsque tous les autres moyens de se prévenir des ondes stationnaires ont échoués.

Comme les ondes stationnaires naissent entre deux murs parallèles, pour éviter ce phénomène le plus simple est de concevoir un local dans lequel les parois en vis-à-vis ne soient précisément pas parallèles. L'onde réfléchie dirigée dans une autre direction, elle ne pourra donc pas rebondir sans cesse. Quelque soit la fréquence, il n'y aura pas d'ondes stationnaires.

Cette solution est l'une des plus efficaces, mais elle ne peut être mise en œuvre que dans les rares cas de la construction d'une salle dédiée ou dans certains cas de rénovation car malheureusement dans les pièces existantes il n'est pas possible de pousser les cloisons.

Puisque la résonance est due à phénomène d'ondes qui se réfléchissent, on procédera comme pour la réverbération en veillant qu'une des deux surfaces soit absorbante. Se faisant l'intensité réfléchie de l'onde sera nettement plus faible que l'onde incidente et le risque d'apparition du phénomène de résonance sera donc limité.

Enfin, un des moyens très efficaces de lutter contre l'apparition des ondes stationnaires est d'utiliser des systèmes de diffraction. Par exemple un meuble ouvert, comportant des étagères de tailles différentes avec des livres, des CD et des DVD dessus est un bon système de rangement et un moyen efficace de lutter contre les ondes stationnaires.

Attention : Nous avons vu que les fréquences propres des ondes stationnaires sont fonction des dimensions de la pièce et qu'elles peuvent apparaître suivant les trois dimensions du local. Il faudra donc éviter de construire des salles avec des rapports de dimension simples, par exemple 10m x 5m x 2m car ces rapports favorisent l'apparition des résonances aux mêmes fréquences dans les trois dimensions. Dans un tel cas de figure, le problème devient quasiment inextricable.

Dans le chapitre " le choix du local " nous étudierons l'influence des proportions de la salle d'écoute et dans le chapitre " Le traitement acoustique " nous reviendrons plus en détail sur les solutions qui peuvent être mises en œuvre pour supprimer la réverbération.