L’acoustique du home studio (1ère partie) : enjeux des mesures

Posted on octobre 15, 2011

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Note : ce billet fait partie d’un dossier de 8 posts consacrés à l’acoustique du home studio :

Nous allons aujourd’hui tenter de saisir les enjeux et moyens des mesures acoustiques. Que mesure-t-on ? Comment le mesure-t-on ? Quels types de signaux permettent de faire des mesures ? Dans quelles conditions ? A l’aide de quel matériel ?

Tout espace clos affecte la réception d’un signal sonore émis en son sein.

Nous avons vu lors du précédent billet qu’une pièce n’était pas « neutre » sur le plan acoustique. Elle affecte le signal diffusé avant de parvenir à l’oreille, pour un ensemble de raisons liées à sa géométrie, sa taille, les matériaux qui la recouvrent etc… Les ondes sonores dans une pièce se comportent sensiblement comme des vagues dans un aquarium : les ondes sont répercutées par les parois : elles se rencontrent, s’additionnent ou se soustraient jusqu’à perdre leur énergie absorbée par les différents obstacles rencontrés sur leur trajet (dont le frottement de l’air), ou transmise à travers les parois.

Cette influence de la pièce sur le signal se manifeste en particulier sur le plan fréquentiel : nous avons vu dans le billet précédent que les écarts d’amplitude générés par une salle pouvait atteindre 50 dB dans le bas du spectre. Le traitement acoustique d’une pièce visera en premier lieu à rendre la réponse fréquentielle de ce système acoustique la plus plate possible : on cherchera au fil du processus de traitement à réduire les creux et les bosses, en plaçant des matériaux adaptés sur le trajet des ondes sonores et dans les endroits « clés » de la pièce (angles, murs parallèles…). Parallèlement, on cherchera le cas échéant à réduire le temps de réverbération et à supprimer les « mauvais »échos (écho franc, écho tonal et écho flottant). Les activités de post-production audio nécessite une excellente intelligibilité du signal perçu par l’ingénieur du son afin de faire un travail de précision. Plus le temps de réverbération est important, plus le signal perd en intelligibilité. Des valeurs de 0,3 secondes sont le maximum généralement admis pour une régie.

Note : la réverbération ne fait pas l’objet du même traitement s’il s’agit d’une salle de contrôle (mixage / post-production) ou d’une salle de concert ou d’enregistrement. Une réverbération naturelle équilibrée aura dans le dernier cas des avantages pour le confort d’écoute du public et celui de jeu des musiciens.

Le protocole de mesure : une source, un micro.

Revenons au protocole de mesure : nous aurons besoin d’une source sonore. Un haut-parleur ou un couple de haut-parleurs disposés à la place préssentie pour l’utilisation future, si possible en respectant un certain nombre de points (égale distance des murs latéraux par rapport aux hauts-parleurs, triangle équilatéral entre le point d’écoute et les deux moniteurs, les éloigner du mur arrière d’au moins un mètre afin d’éviter le filtrage en peigne etc…) .

Toute l’analyse repose sur une technique de base : comparer le signal enregistré dans la pièce au signal original.

Nous aurons donc besoin d’un microphone qui soit le plus fidèle possible, afin de ne pas influencer les données par ses propres caractéristiques. Il existe des micros dédiés aux mesures acoustiques sur une gamme de prix très variés. Si vous possédez un micro statique omnidirectionnel de bonne facture, il pourra aussi faire l’affaire.

Maintenant se pose la question du type de signal à diffuser afin de faire des mesures. Pour cela, un petit détour théorique est nécessaire.

La clé de voûte des mesures acoustiques : la réponse impulsionnelle

Ne vous laissez pas impressionner par le terme, s’il vous est encore étranger.

Voici la définition qu’en donne Antonio Fischetti dans son « introduction à l’acoustique » :

Supposons qu’un son très bref (ce qu’on appelle une impulsion)soit émis par une source sonore et considérons un point de réception dans la salle. L’onde est émise dans toutes les directions. Le premier front d’ondes qui parvient au point de réception est celui qui part de la source pour atteindre directement le point de réception : on l’appelle le son direct. La multitude d’ondes réfléchies par les parois de la salle constitue le son réverbéré. La pression recueillie en un point donné constitue la réponse impulsionnelle de la salle. Le tracé du son direct et de la succession des réflexions constitue l’échogramme.

Trajet des ondes et échogramme

Diagramme dit « waterfall » : évolution de l’intensité des fréquences dans le temps

Dans la pratique, on confond souvent la réponse impulsionnelle, qui consiste en une empreinte sonore enregistrée de la salle et l’échogramme qui en découle (illustration de droite). Cela peut être source de confusion car la réponse impulsionnelle permet de connaitre le « comportement fréquentiel » de la salle alors que l’échogramme n’indique que les réflexions et leurs amplitudes respectives. D’autres diagrammes, calculés à partir de la réponse impulsionnelle, nous donneront les caractéristiques fréquentielles du système acoustique qu’est la salle en question (tel le diagramme de réponse en fréquence et le diagramme « Waterfall »).

Réponse en fréquence

La rubrique d’aide du logiciel de mesure que nous allons utiliser en donne une définition moins formelle mais peut-être plus explicite à certains égards :

La réponse impulsionnelle est en définitive un enregistrement ce qui se passerait si l’on diffusait un son extrêmement fort comme une détonation de pistolet dans une salle donnée. La raison pour laquelle on souhaite mesurer une RI est que cela permet de caractériser totalement le comportement d’un système constitué de hauts-parleurs et la pièce dans laquelle ils se trouvent, en un point donné.

Notez bien qu’il n’y a pas de réponse impulsionnelle unique dans une salle, mais que celle-ci dépend de la position de la source et du récepteur. La réponse impulsionnelle est en quelque sorte la signature acoustique de la salle pour ces positions données. Son utilité provient du fait que l’on va pouvoir déduire l’influence de la salle pour n’importe quel signal émis et de là effectuer les traitements qui s’imposent.

Pour obtenir la réponse impulsionnelle, on diffuse habituellement un son très bref dans cet espace, une impulsion bruiteuse (dirac) tel un coup de revolver, et l’on compare au cours de l’opération dite de « déconvolution » le signal émis et le signal reçu, ce qui permet d’obtenir la réponse impulsionnelle. (Rassurez-vous, il existe des altenatives au revolver)… Afin de vous aider à mettre en relation échogramme et réponse impulsionnelle, voici quelques exemples de réponses impulsionnelles : la pièce à vivre d’une maison de ville, un auditorium de 1800 places et enfin une chapelle.

Living room

Auditorium

Chapelle

La méthode du balayage logarithmique peut être substituée à celle de l’impulsion : en lieu et place d’un dirac, on va diffuser un signal balayant les fréquences sur un intervalle choisi (par exemple 20 à 20000) et en déduire la réponse impulsionnelle. Le processus d’obtention des résultats diffère mais les données recueillies sont équivalentes. Entre autres avantages,la méthode du balayage permet de travailler sur une bande de fréquence donnée (ex : de 30 à 200 Hz). De plus, le rapport signal/bruit, la précision et la reproductibilité des mesures sont très largement supérieures.

Pour finir, voilà comment les choses devraient se passer le jour où vous décidez de faire des mesures : vous placez les enceintes à l’endroit ad hoc dans ce qui deviendra le studio, si possible vide de tout mobilier, afin de ne pas influencer les mesures. Vos enceintes, reliées à la carte son de votre ordinateur vont diffuser un signal à un volume relativement élevé, généré par le logiciel de mesure lui-même. Le microphone de mesure sera placé au point d’écoute pressenti de l’utilisateur et enregistrera le signal émis. Puis à la suite d’une série de calculs effectués par le logiciel, un certain nombre de diagrammes seront générés, ce qui nous permettra de faire des choix pour le traitement acoustique. Par ex :

  • le temps de réverbération est supérieur à une demi-seconde ? Il faudra placer des matériaux absorbants
  • il y a de gros écarts d’amplitude entre 30 et 200 Hz ? il faudra sans doute disposer des bass-traps dans les angles de la pièce, voire un absorbeur à membrane
  • la pièce présente des modes propres trop prononcés, un écho tonal est présent ? On verra dans quelle mesure on peut réduire l’influence de parois trop symétriques en disposant des surfaces irrégulières pour assurer une diffusion plus homogène des ondes sonores.

La prochaine fois, nous ferons une présentation du logiciel que nous allons utiliser pour les mesures et des diagrammes les plus importants pour nous.

Stay tuned !

Si vous ressentez le besoin d’assistance pour obtenir le meilleur de votre espace et de votre matériel, je vous invite à prendre connaissance de mon offre et à me contacter.

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Posted in: Acoustique, Apprendre