ENCEINTE - Les enceintes et les murs

Publié le : 21/05/2020 09:24:45
Catégories : FORMATION ACOUSTIQUE , POSITION ENCEINTES

Jusqu'ici, nous avons appris à positionner et orienter de façon optimal nos enceintes en configuration stéréo par rapport à une zone d'écoute dans un local imaginaire... sans murs, ni plafond et sol. Et comme il y a très peu de chance que vous ayez la possibilité d'installer votre studio en plein air dans un terrain de foot situé sur un plateau péruvien à l'abris de la pluie, du vent et du soleil, nous allons donc devoir appréhender petit à petit les multiples problématiques que nous rencontrons dés lors qu'une configuration audio est installée dans un local avec des murs, un plafond et un sol.

Aussi, avant de commencer "l'expertise", je vous invite à graver à tout jamais dans votre tête les deux graphiques ci-dessous, car certaines images valent mieux que de long discours.

reponse fréquences enceinte monitoring anéchoique laboratoire réalité local

Le graphique de gauche représente une mesure acoustique de la réponse en fréquence d'une enceinte de qualité et celui de droite représente une autre mesure de la même enceinte mais positionnée cette fois ci dans une pièce nue de 20m2 d'un immeuble sans traitement acoustique particulier.

LES ENCEINTES ET LES MURS

On appelle enceinte, un coffre ouvert ou fermé maintenant un ou plusieurs hauts-parleurs. Ce coffre à la particularité d'être rigoureusement étudié pour soutenir et développer la dynamique et la réponse en fréquence du ou des hauts-parleurs.

Aussi, dés lors qu'une enceinte est placée dans un local, vous devez considérer cette enceinte comme étant un simple haut-parleur ayant pour coffre le local dans lequel elle est placée.

Ainsi, comprenez alors que toute la difficulté de cette équation réside dans l'adaptation d'un local qui la majorité du temps n'a jamais été étudié pour soutenir et développer vos hauts-parleurs.

Peu importe où vous placez vos enceintes et votre zone d'écoute dans un local, qu'il soit traité ou non, vous serez toujours en présence des mêmes phénomènes physiques qui agiront de façon plus ou mois forte sur la qualité de restitution du son. C'est pourquoi il est absolument indispensable de connaitre les principes fondamentaux de ces phénomènes pour pouvoir identifier leur ampleur dans une configuration précise, afin d'y apporter les modifications et les appareils nécessaires à leur maitrise.

La tâche étant ardu pour un novice, j'ai longuement réfléchis à une méthode pédagogique et pragmatique pour assimiler les termes techniques souvent "pompeux", utilisés à tord et à travers ici et là, dans l'objectif de vous faire économiser des années d'études et de recherches. Ce qui a notamment abouti à l'organigramme ci-dessous, synthétisant les phénomènes et termes essentiels à l'acoustique de salle que vous devez parfaitement maitriser.

acoustique probleme local piece traitement resonance echo flottant reflexion speculaire champ diffus

Dans un local, lorsqu'une enceinte est orientée vers l'auditeur, une bonne partie des hauts aigus et une infime partie des graves vont directement aux oreilles de celui-ci. C'est ce que l'on appelle le "CHAMP DIRECT".

Le reste du son, quant à lui, se heurte à tout ce qui est sur son passage pour être plus ou moins absorbé, transmis et réfléchis par le matériau qui lui fait obstacle.

Ainsi, lorsque l'onde se heurte à un matériau,

  • Une partie de l'énergie est absorbée par la friction des molécules contenues dans le matériau, et se transforme en chaleur.
  • Une partie de l'énergie est transmise par la vibration du matériau et se propage aux éléments en contact avec celui-ci.
  • Une partie de l'énergie est réfléchie par l'imperméabilité du matériau et est renvoyée de façon spéculaire.

LES RÉFLEXIONS SPECULAIRES ET DIFFUSES

On appelle réflexion le phénomène de réfléchissement qui se produit lorsqu'une onde se heurte à une paroi. Selon la nature du matériau de la paroi, l'onde sonore est plus ou moins réfléchie. Les matériaux les plus dense comme le verre, la pierre et le métal sont ceux qui réfléchissent le plus une onde sonore à l'inverse des matériaux poreux comme les mousses acoustiques ou fibreux comme les laines minérales et les tissus.

On dit qu'une réflexion sonore est "spéculaire", car l'angle d'incidence de son onde réfléchie par une paroi est toujours identique à celui de son onde source. Ce qui veut dire que l'onde sonore rebondie sur une paroi de la même façon que la lumière sur un miroir.

Aussi, lorsqu'une multitude de réflexions spéculaires d'énergies équivalentes se dirigent dans des directions suffisamment éparses pour former un lobe d'énergie sphérique, on considère que ses réflexions forment une réflexion diffuse.


FAIRE UN DESSIN REPRESENTANT LES ANGLES D'INCIDENCE DE L'ONDE SOURCE ET SPECULAIRE

LES CHAMPS DIRECT, INDIRECT, RÉVERBÉRÉ, DIFFUS ET REÇU

Le "CHAMP DIRECT" parfois nommé "SON DIRECT", définit la partie du son qui parvient directement aux oreilles de l'auditeur sans avoir été réfléchi sur une paroi.

A l'inverse, le "CHAMP INDIRECT", plus souvent nommé "CHAMP RÉVERBÉRÉ", définit l'ensemble des réflexions diffuses ET spéculaires. Il est souvent confondu avec le "CHAMP DIFFUS" qui représente uniquement l'ensemble des réflexions diffuses.

Et pour finir, le "CHAMP REÇU", définit l'ensemble du son qui est perçu par l'auditeur. Par conséquent, il est forcément composé du champ direct, et d'une partie du champ diffus et du champ réverbéré (indirect).

LES PHÉNOMÈNES ET LEURS EFFETS

Comme vous pouvez le voir sur l'organigramme en introduction, les "réflexions spéculaires" sont la cause d'une multitude de phénomènes qui auront plus ou moins un impact positif ou négatif sur la qualité du son perçu par l'auditeur.

Lorsque 2 ondes se rencontrent, elles se fusionnent l'une avec l'autre de façon constructive ou destructive.
Lorsqu'elles sont parfaitement en phase, la fusion qui se produit est purement constructive et lorsque leur phase est parfaitement opposée l'une à l'autre, la fusion est purement destructive. Aussi, tous les alignements de phases intermédiaires à ces deux extrêmes produisent de la distorsion au signal qui en résulte.

LA RÉVERBÉRATION

On appelle réverbération le phénomène de persistance des réflexions sonores dans un local après l'interruption de la source sonore. Aussi, il est commun d'employer le terme "champ réverbéré" lorsque l'on souhaite désigner les réflexions sonores persistantes plutôt que le phénomène en lui même.

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La réverbération est la persistance du son dans un lieu après l'interruption de la source sonore. La réverbération est le mélange d'une quantité de réflexions directes et indirectes donnant un son confus qui décroît progressivement.

La réverbération du lieu d'écoute participe à l'impression musicale. Les cathédrales sont réputées pour leur longue réverbération, qui influe sur le répertoire qui s'y joue. Les architectes et les exploitants des grandes salles de musique symphonique se sont sans cesse préoccupés de l'acoustique des lieux, et ont cherché à la comprendre et à la maîtriser. La réverbération a un effet généralement positif sur l'impression musicale ; pour permettre aux artistes modernes de faire entendre, depuis la plus petite des cabines d'enregistrement, le son d'une grande salle, les fabricants de matériel électronique pour la musique ont conçu et commercialisé des boîtes d'effets qui reproduisent l'impression de réverbération.

Le temps de réverbération optimal dépend de l'usage auquel le local est destiné. Trop de réverbération diminue l'intelligibilité de la parole ; trop peu nuit à l'effet d'harmonie de la musique.

Aussi, lorsque cette onde insuffisamment absorbante pour lui absorber la totalité de son énergie. Aussi, on appelle 

Dès lors qu'une paroi se situe dans le champ direct d'une source sonore, 

Cette animation à pour but de vous faire remarquer que dans un espace fermé par des murs réfléchissants, une onde sonore est forcément entendue plusieurs fois par l'auditeur. Ici, la propagation du son se décompose comme suit :

reflexions spéculaires et echo
  • Champ direct -> L'onde est émise par l'enceinte est pointe en direction d'un mur latéral.
  • Réflexion spéculaire primaire -> L'onde est réfléchie par le mur latéral de façon spéculaire, ce qui veut dire qu'elle est réfléchie de la même façon que la lumière par un miroir et atteint l'auditeur qui l'entend pour la première fois.
  • Réflexion spéculaire secondaire -> L'onde est réfléchie une deuxième fois par un autre mur.
  • Réflexion spéculaire -> L'onde continue de rebondir sur les murs quelle rencontre. (tertiaire, quaternaire, quinquénaire, etc...)
  • Echo Franc Auditeur -> L'onde atteint une deuxième fois l'auditeur qui l'entend distinctement de la première fois.
  • Echo Franc Source -> L'onde est réfléchie à nouveau par un mur et revient à son point de départ d'émission.
  • Echo Flottant -> L'onde est réfléchie entre deux murs parallèles comme un "ping pong".
  • Echo Franc Auditeur -> L'onde atteint une troisième fois l'auditeur qui l'entend distinctement de la deuxième fois.
  • Echo Flottant -> L'onde est à nouveau réfléchie  entre deux murs parallèles comme un "ping pong".

Cette précision à pour but de vous faire remarquer que les réflexions des ondes dans une pièce produisent différents effets qui en s'associant en créent d'autres.

Concrètement nous pouvons distinguer les effets suivant :

Résonance modale : Est une onde stationnaire

Réverbération

Echo

Echo Franc :

L'écho franc est lié à une différence temporelle entre le son initial et un son réfléchi d'au moins 50 milli-secondes. Il peut être décelé aussi par étude géométrique, il résulte d'une différence de parcours de deux ondes sonores d'au moins 17 mètres (trajet parcouru par le son en 50 ms).

c

Ondes stationnaires : les ondes sonores se réfléchissant sur deux parois parallèles donnent naissance à des ondes stationnaires quand la distance entre les deux parois est égale à la demi-longueur d’onde du son incident, ou à un de ses multiples.

Ainsi, d=n.λ/2, soit λ=2d/n. En remplaçant λ  par son expression, on peut donc en déduire les fréquences de résonance : fr = 170n/d.

Echo : l’écho est l’effet d’une onde acoustique qui parvient à un point donné, après réflexion, avec une intensité et un retard suffisants pour être perçus comme étant distincte de l’onde directe. Quand le retard est de 1/10 s, l’auditeur perçoit un écho. Les sensibilités variant selon les individus, le décalage entre le son direct et le son réfléchi a été fixé à 35 ms, ce qui correspond à une différence de parcours de 12m.

Echo flottant : c’est une succession très rapide et régulière de sons provenant de la même source placée entre deux parois très réfléchissantes parallèles, peu éloignées l’une de l’autre. Lorsque les autres murs sont absorbants, ce défaut est particulièrement reconnaissable.

Focalisation : Les surfaces de forme concave peuvent réfléchir les ondes en un point appelé «foyer», phénomène indésirable qui implique le traitement de ces surfaces.

Echo Flottant

Le véritable problème est que non seulement ce phénomène ne se limite pas aux fréquences basses fréquences, mais à l'ensemble des fréquences émises, mais qu'en plus de cela,  meilleur des cas, les réflexions ne font que distordre le signal sonore original. lorsque les réflexions ne créent pas d'onde stationnaires, 

SBIR (Speaker Boundary Interference Response) - Ce terme décrit comment la proximité d'un haut-parleur à une limite dure (mur/plafond/plancher) modifie la réponse, en particulier dans la partie basse. C'est une chose que peu de gens comprennent ou prennent en compte lors de la planification d'une pièce.

Le son émis par un conducteur est diffusé de différentes manières. Les hautes fréquences agissent comme un rayon et se déplacent en ligne droite à partir d'un point. Plus vous descendez dans le spectre, plus elles commencent à rayonner comme une sphère. Lorsque vous descendez en dessous de 500 Hz environ, vous obtenez un rayonnement assez sphérique. Lorsque vous atteignez 125 Hz, il est purement sphérique.

Cela dit, imaginez le son provenant d'un conducteur à 100 Hz par exemple, qui vous arrive directement. Il y a d'autres ondes qui s'enroulent autour de l'enceinte et rebondissent sur la paroi avant, puis reviennent vers vous. Lorsque deux ondes de même fréquence se rencontrent de cette manière (l'une directe, l'autre ayant rebondit sur la paroi avant), il y a une interface entre les deux ondes (certains décrivent cela comme une interférence).

L'interférence constructive se produit lorsque les deux ondes sont en phase l'une avec l'autre. Il en résulte un renforcement de cette fréquence ou un pic de réponse. L'interférence destructive se produit lorsque les deux ondes sont déphasées de 180 degrés. Il en résulte une annulation partielle de cette fréquence (l'onde rebondie a moins d'amplitude), ce qui entraîne un creux ou un zéro à cette fréquence.

Cela peut entraîner des variations de la réponse en fréquence des DDR. Cependant, on peut parfois utiliser cela à votre avantage. Si vous jouez avec le positionnement des enceintes par rapport à la paroi avant (derrière les enceintes) et à la paroi latérale, vous pouvez "régler" les changements de réponse. Cela peut être bénéfique lorsque vous essayez d'adoucir la réponse globale.



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