QUEL EST L'INTERET DE REALISER UNE CARTOGRAPHIE DE LA PRESSION ACOUSTIQUE ?

L'intérêt premier de la cartographie de pression acoustique, aussi appelée cartographie du volume de pression sonore (SPL Map) est de pouvoir localiser la position des noeuds des résonances modales d'une pièce.

Le second intérêt est de pouvoir visualiser les différentes intensités de ces résonances et par conséquent, juger celles qui sont les plus problématiques.

Et pour finir, elle permet de visualiser l'affaiblissement de la propagation sonore dans un espace.

Par conséquent, cette cartographie permet :

• La localisation du meilleur emplacement possible pour les enceintes.
• La localisation d'une ou plusieurs position(s) d'écoute optimale(s).
• Définir les fréquences fondamentales sur lesquels les bass trap doivent être accordés.
• Définir les emplacements optimaux des bass trap selon leur type de technologie.
• Observer l'influence du mobilier sur la distribution des résonances.
• Observer les zones d'accumulation de pressions sonores liées à la nature et au positionnement du mobilier.
• Observer le champ diffus d'une source sonore.

LA THEORIE EST TOUJOURS DIFFERENTE DE LA REALITE !

De nos jours, il existe une multitude de logiciels plus ou moins complexes, permettant de simuler la distribution des résonances modales d'une pièce. Bien que les calculs théoriques soient sur ce point particulièrement fiables, il n'en demeure pas moins que dans la réalité, les fréquences de résonances ainsi que les positions de leurs noeuds sont toujours plus ou moins différents de ce que l'on avait calculé.

Et il n'est malheureusement pas rare d'observer des divergences si grandes que l'efficacité des conceptions de traitement acoustique basées sur le théorique soit sérieusement remise en cause dans la réalité.

C'est pourquoi, avant d'aller plus loin, je tiens à vous mettre en garde sur le fait que la grande majorité des "designers acoustiques" se basent sur un modèle théorique qu'ils adaptent souvent trop peu à la réalité en ne prenant qu'au mieux une dizaine de mesures acoustiques pour "corriger le tir" dans un petit local.

Et c'est au passage sur ce point essentiel que mon travail se démarque véritablement des "autres", car je recommande et essaye de "forcer" les personnes qui font appel à mes services à réaliser des centaines de mesures pour la conception de leur cabine de mixage ou tout autre pièce nécessitant une qualité d'écoute de grande précision.

Le problème est que la réalisation d'une CARTOGRAPHIE REELLE ayant pour objectif l'analyse du comportement des fréquences basses dans un local, nécessite environ 4 mesures par mètre cube. Ce qui revient à environ 200 mesures pour un petit local de 4m de large, 5m de long et 2,5m de hauteur. Ainsi, on comprend mieux pourquoi la plupart des "acousticiens" "grand public"... tout comme leurs clients, font souvent l'impasse sur ce point... Ce qui est à mon sens, une erreur capitale !

Cela dit, il faut bien reconnaitre aussi, que la plupart des clients se satisfassent d'un traitement acoustique basé uniquement sur le théorique ou "l'expérience de l'entrepreneur" (notez les guillemets), puisqu'ils n'ont pas la plupart du temps, les connaissances suffisantes pour juger réellement la qualité de celui-ci.

Bref...

Comme les images valent souvent mieux qu'un long discours, voici quelques exemples opposant la théorie à la réalité.

Dans l'exemple ci-dessus, nous pouvons observer que la réalité est souvent bien différente de la théorie. A Gauche, une copie d'écran du "Room Mode Calculator" du site https://amcoustics.com/ positionné sur la résonance 111,3hz et à droite, une cartographie réelle en 3D de cette même résonance réalisée par moi même (Andy Mac Door).

Bien que le logiciel représenté à gauche est tombé juste sur la fréquence de ce mode, les positions des noeuds sont dans la réalité bien plus complexe que la représentation du schéma "Room 3D (3-0-0)" situé en bas de la vignette gauche. Car dans la réalité, nous pouvons observer qu'un noeud supplémentaire est très présent à environ 40% du sol sur tout un plan Horizontal. Par conséquent, il est inutile d'espérer corriger la position du point d'écoute en la décalant entre 2 noeuds verticaux si c'est pour la placer à 40% du sol.

Dans cet autre exemple, le logiciel ne considère pas la fréquence 50,5hz comme étant une résonance modale, alors que dans la réalité cette fréquence est belle et bien résonante. Cependant, un acousticien lambda aura vite fait de découvrir que cette résonance existe s'il a prit la peine de prendre quelques mesures du local. Cependant, il lui sera impossible de définir la position réelle du noeud sans une cartographie réelle.

Et s'il se base sur de la théorie simpliste, il fera indéniablement l'erreur de penser que le noeud de la résonance se situe au milieu de la pièce alors que dans la réalité, le noeud est situé à environ 30% du mur de gauche. Ce qui pourrait sérieusement compromettre  sa conception s'il avait décidé d'avancer le point d'écoute vers le mur de gauche pour s'éloigner du milieu de la pièce pour éviter le "noeud de la théorie simplifiée".

Pourquoi observons-nous de telles différences ?

Tout simplement parce que la théorie se base sur un modèle théorique et que tous les facteurs ne peuvent être pris en compte par le meilleur des logiciels. Comme la plupart des acousticiens, j'ai pu travailler sur des logiciels de grande qualité dédiés à l'architecture acoustique. Et force est de constater, qu'en comparaison avec la réalité, le meilleur de ces logiciels coûtant parfois plus de 10 000 € est encore loin de la vérité en matière de simulation.

La principale raison à cela sont le manque de données fournis par l'utilisateur et l'immensité de paramètres nécessaires pour évaluer la réalité.

Prenons par exemple un local aux dimensions parfaitement rectangulaires, avec des murs parfaitement bétonnés. Jusqu'ici, un bon logiciel ou de simples calculs seront suffisant pour faire de la simulation, mais ajoutez à cela un simple placard dans le fond d'une pièce, et tout sera chamboulé ! Ou encore, ajoutez à cela une fenêtre, une porte, un bureau ou une simple fissure dans un mur, et vous pouvez être sûr que la simulation sera bien éloignée du réel.

Pour viser juste, il faudrait connaitre l'élasticité, la densité, le poids, l'homogénéité, la résistance à l'écoulement de l'air etc... de chaque matériau et connaitre leur comportement vibratoire, de plus, il faudrait également prendre en compte les pièces et les espaces entourant le local que l'on souhaite simuler.

Bref...

Vous l'aurez compris, pour faire vrai, vous devez observer le réel et non le simuler.

La facilité est un vilain défaut ! 

Pour conceptualiser un traitement acoustique, certains acousticiens recommandent de positionner une seule enceinte dans un coin de la pièce pour effectuer une mesure acoustique avec un micro placé dans le coin opposé. Le but de cette opération étant de stimuler au maximum les résonances modales de la pièce afin d'identifier les fréquences de celles qui ont le plus d'intensité.

Bien que l'idée soit intéressante par sa facilité, elle ne permet pas d'identifier la position des noeuds et ne fonctionne pas à tous les coups, puisque la position des enceintes excitent ou atténuent plus ou moins les fréquences des modes propres de la pièce et que le mobilier ainsi que la nature des murs, agissent sur la distribution des résonances et de la position de leurs noeuds.

Par conséquent, si l'enceinte ou le micro sont placés dans un noeud, il sera impossible de juger de l'intensité réelle de la résonance en question et parfois même de l'identifier !

Autant vous dire que cette technique est bien trop simpliste pour être réellement utile. C'est pourquoi "l'acousticien" qui vous recommande cette procédure, vous demandera certainement par la suite de tester divers positionnements de vos enceintes pour trouver leur "meilleur" emplacement pour votre studio. Tout simplement parce qu'il ne peut pas vous dire quel endroit est le meilleur avec si peu de données. Et en fera de même pour la position d'écoute optimal et tout le reste. Bref...

Ci-dessus, nous pouvons observer une cartographie de la pression acoustique d'un local en vue de dessus. Ici, il s'agit d'une cartographie réelle d'un local, et non d'une simulation théorique. Dans cette exemple les enceintes sont situées à 1,20m du sol et sont posées sur un bureau de 90cm de hauteur. Les différentes vignettes représentent la répartition de la pression acoustique qu'exerce la fréquence 55hz à différentes hauteurs du sol.

La figure ci-dessus démontre que dans ce cas précis, si une seule enceinte avait été posée au sol dans le coin situé en haut à droite du schéma pour effectuer des mesures en vue d'identifier les modes propres de la pièce, la résonance modale de 55hz du local aurait été amoindrie, car le fait de positionner l'enceinte sur l'un des noeuds de la résonance réduit, voir élimine son excitation.

Bien que la pièce soit parfaitement rectangulaire, le noeud détecté à 30cm du sol situé en haut à droite de la carte est la représentation même d'un phénomène imprévisible pouvant être lié aux différents types de murs, de position des portes, fenêtre et mobilier.

De plus, dans cette exemple, on peut constater que la planche épaisse du bureau amoindrit la diffusion vers le sol de la fréquence observée.

COMMENT CREER UNE CARTOGRAPHIE REELLE DE LA PRESSION ACOUSTIQUE D'UN LOCAL ?

Le seul moyen de réaliser une cartographie réelle de la pression acoustique d'un local, consiste à diffuser un signal audio avec une ou plusieurs enceintes, pour ensuite comparer les captations de ce signal réalisées à divers endroits dans le local avec un micro de mesure.

Concrètement, l'opération consiste a effectuer un "quadrillage" de mesures dans tout le local pour ensuite les compiler dans un logiciel qui réalisera une cartographie.

Et vous avez de la chance, car le professeur en acoustique "Tom Weber" a eu la générosité de nous faire partager gratuitement un petit programme en Javascript qu'il a développé pour ses propres recherches, permettant de réaliser une cartographie en 2D à l'aide de mesures acoustiques effectuées avec le logiciel gratuit : Room Eq Wizard. Je dis chanceux, car habituellement, ce genre de programme est loin d'être accessible au grand public.

Ainsi, Roommap est tout simplement le seul logiciel gratuit qui permet de réaliser des cartographies réelles de la pression acoustique d'un local. RoomMap se base sur du concret et non sur des théories mathématiques. De plus, cette méthode permet de s'adapter à n'importe qu'elle géométrie de pièce, qu'elle soit vide ou meublée, traitée acoustiquement ou non.

Avantages :

• Logiciel gratuit fonctionnant sur n'importe quel système pouvant exécuter du JAVA (Windows, Osx, Linux etc...) 
• Méthode extrêmement précise et fiable.
• S'adapte à toutes les géométries de pièce imaginables.
• Que la pièce soit vide ou meublée, traitée acoustiquement ou non ne pose aucun problème.
• Se base sur du concret et non du théorique.

Inconvénients:

• Nécessite un nombre important de prises de mesures acoustiques pour un travail de précision, ce qui n'est pas dû au logiciel, mais simplement aux lois de la physique.
• La cartographie de RoomMap est en 2D (largeur et longueur), mais peux être réglé à la hauteur que l'on veut, ce qui nous donne un aperçu 3D.

Comment fonctionne RoomMap ?

RoomMap utilise des mesures acoustiques prisent avec le logiciel RoomEqWizard et exportées sous la forme de fichiers .txt. De plus, RoomMap utilise le nom de ces fichiers .txt pour reconnaitre la position des mesures acoustiques dans le local.
Par exemple le fichier de mesure 1.52 2.44 2.60.txt veut dire mesure prise à 1,52m du mur de gauche, 2,44m du mur de face et 2,6m du sol.

Une fois les mesures effectuées et exportées en .txt avec pour nom de fichier la position de la mesure, RoomMap crée un module graphique permettant de visualiser sous la forme d'une cartographie, le niveau de pression acoustique enregistrée de chaque mesure en fonction d'une fréquence précise.

ETAPE 1 :

Définir la position des haut-parleurs qui serviront à diffuser le signal sonore pour les mesures

Comme je l'expliquais au début de cet article, la théorie est souvent différent de la réalité et lorsque l'on souhaite réaliser une cartographie SPL, le grand nombre de mesures nécessaires pour sa réalisation fait que l'on trouve vite un intérêt à ne pas réaliser une nouvelle cartographie à chaque fois que l'on modifiera ou test quelque chose dans le local à traiter. Malgré le fait que dans une démarche scientifique, cela soit indispensable.

C'est pourquoi afin de vous éviter des semaines et des mois d'expérimentations "cartographiques", nous allons essayer de cerner la meilleure façon de réaliser une cartographie simple et efficace.

La technique "scientifique" :

Je vous recommande d'utiliser une seule enceinte satellite, réglée sans fréquence de coupure et de la placer au même endroit que votre micro pour chaque mesure. Autrement dit, vous devez déplacer l'enceinte à la même position que votre micro pour toutes les mesures de cartographie. De cette manière, la position de l'enceinte n'aura aucune influence sur la cartographie et seules les expressions "maximales et "minimales" de chaque résonance modale du local seront représentées.
Malheureusement, vous l'aurez compris, cette technique est très laborieuse et demande un support d'enceinte extensible au plafond.

La technique alternative :

 A défaut de ne pouvoir réaliser la technique précédente, vous pouvez commencer par comparer les 4 coins de votre pièce en effectuant une mesure par coin. Pour se faire, le micro doit être positionné face à l'enceinte posée au sol dans le coin à mesurer. La mesure du coin qui donnera les plus grandes amplitudes de résonances définira le coin idéal pour le positionnement de l'enceinte (avec son caisson de basse s'il y en a un) pour effectuer la cartographie de la pression acoustique de la pièce. La cartographie se fera donc cette fois-ci en déplacement uniquement le micro aux différents points à mesurer sans modifier la position de l'enceinte (avec son caisson de basse).

ETAPE 2 :

Préparer le quadrillage des mesures acoustiques

Ici, nous allons apprendre à définir un quadrillage pour étudier les résonances modales d'une pièce dans une plage fréquentielle précise.

Une résonance modale d'une pièce est composée d'au minimum 2 maximas et 1 minima. Autrement dit, une résonance se distingue au minimum par 2 zones ou la pression acoustiques et au maximum et 1 zone ou au contraire la pression est minimale. Les minimas des résonances sont ce que l'on appelle couramment des noeuds ("nodes" en anglais) et les maximas des "anti-noeuds" ("anti-nodes").

L'idée est donc de quadriller l'espace par des mesures acoustiques pour définir la position de ces minimas et de ces maximas.

Ainsi, plus l'espace entre les mesures est faible, plus la précision de la localisation des minimas et maximas est grande.
Aussi, pour être sûr de les visualiser, il ne faut pas que l'espacement entre les mesures soit supérieur à 1/4 de la longueur d'onde de la fréquence la plus haute que l'on souhaite analyser.

Ce qui veut dire que pour pouvoir observer les résonances des fréquences jusqu'à 200hz, il faut que l'espacement entre les mesures soit au maximum de 344 (vitesse du son) divisé par 200hz le tout divisé par 4 en mètres.
Ce qui nous donne : 344/200 -> 0,43m soit 43cm.

C'est pourquoi, l'idéal est de définir la plage fréquentielle que l'on souhaite analyser pour établir le maillage du quadrillage.

Ci-dessus, un exemple de quadrillage coupé en 4 plans horizontaux.

Ici, il a fallu 100 mesures acoustiques pour une pièce de 3m de large, 3,40m de long et 2,42m de haut et une résolution de 60cm à 70cm d'espacement entre les points de mesures, pour être sur de pouvoir analyser les résonances modales de la pièce jusqu'à 122hz.

Maintenant que vous avez compris le principe, je vous recommande fortement de faire un tableau pour lister les positions de toutes les mesures qui vous servira de "checklist".

Pour écrire la position d'une mesure dans votre "checklist", vous devez impérativement utiliser les distances en partant du coin gauche au sol et devant vous, car cette méthode est celle utilisée par RoomMap pour replacer les mesures dans la cartographie.

Ci-dessous, un exemple de checklist réalisée avec le logiciel Excel.
N'oubliez pas que contrairement à ce que vous pouvez voir, IL FAUT REMPLACER LES VIRGULES PAR DES POINTS.

Le fait est que sur excel, les virgules sont obligatoirement utilisées pour définir les décimaux.

ETAPE 2 :

Prendre les mesures acoustiques avec Room Eq Wizard

Si vous ne savez pas comment configurer Room Eq Wizard et régler les petits problèmes de carte son que l'on peut avoir avec, je vous invite à suivre ce tutoriel :

http://www.andymacdoor.com/fr/blog/comment-configurer-room-eq-wizard-n109

De même, si vous ne savez pas comment prendre une mesure acoustique avec Room Eq Wizard, je vous invite à suivre ce tutoriel :

http://www.andymacdoor.com/fr/blog/acoustique-04-comment-faire-des-mesures-acoustiques-avec-room-eq-wizard--n110

C'est partie pour la prise de mesure, et vous l'aurez compris ce n'est pas une mince affaire.

TOUTES LES MESURES DOIVENT ETRE PRISE AVEC LES MÊMES REGLAGES !

C'est pourquoi il est fortement conseillé de toutes les faire le même jour, avec les mêmes réglages de carte son, potentiomètres, volumes driver etc...

La tâche étant longue (environ une après midi pour une centaine de mesures), je vous conseille de procéder de façon méthodique en prenant les mesures par série de plan de la même hauteur. Et de faire une petite pause entre chaque plan.

L'idéal est de créer un dossier par plan renommé à la hauteur de celui-ci pour y sauvegarder les mesures acoustiques.

Dans l'exemple de ce tutoriel, j'ai créé un dossier par plan, soit :

• Un dossier nommé "Sol 30cm" pour les mesures prisent à cette hauteur
• Un dossier nommé "Sol 91cm" pour les mesures prisent à cette hauteur
• Un dossier nommé "Sol 152cm" pour les mesures prisent à cette hauteur
• Un dossier nommé "Sol 212cm" pour les mesures prisent à cette hauteur

Une fois fait, il ne vous reste plus cas faire vos mesures acoustique est les sauvegarder avec pour nom de fichier la position comme citée dans votre tableau.

Exemple:
la mesure prise à 100cm du mur de droite, 150cm du mur de devant et 152cm du sol se nomme :
1.00 1.50 1.52

QUEL TYPE DE MESURE DOIT-ON FAIRE ?

Pour une cartographique, nous avons besoin d'une mesure de type "Réponse Impulsionnelle" réalisée avec un signal "Sweep". Un signal "Sweep" est un balayage fréquentielle d'une onde sinusoïdale.

QUE FAIRE S'IL Y A UN OBSTACLE ?

Aucun problème, il vous suffit de mesurer à coté de l'obstacle et d'utiliser la nouvelle position comme nom de fichier !
Tout simplement.

NOMMEZ VOS MESURES DANS ROOM EQ WIZARD DE LA MÊME MANIERE QUE POUR ROOMMAP

Afin de vous faciliter le travail dans cette tâche laborieuse, il est préférable de directement nommer vos mesures dans Room Eq Wizard avec la nomenclature de Roommap. De cette façon, il vous sera possible d'enregistrer jusqu'à 30 mesures dans un seul fichier .mdat (format room eq wizard) et de directement les exporter en .txt avec le bon nom en allant dans l'onglet "File" puis "Export" et "Export all mesurement as text"

Ensuite, Room Eq Wizard vous invitera à limiter la plage fréquentielle des données contenu dans les fichier .txt. En limitant à 200hz vos fichiers, il vous sera aisé de jongler avec le curseur de sélection de la fréquence à analyser dans Roommap. Sans cette limitation, le curseur de roommap sera inutilisable. 

ETAPE 3 :

Créez votre cartographie avec RoomMap

Tout d'abord, il vous faut télécharger le logiciel RoomMap. RoomMap est un petit programme en Java script et en Open Source qui ne nécessite pas d'installation, ce qui veut dire que si vous n'avez pas JAVA sur votre ordinateur, il vous faut l'installer en premier lieu : https://www.java.com/fr/download/

Ensuite vous pouvez suivre les liens ci-dessous pour télécharger RoomMap :

Liens officiels sur la page Github de Tom Weber :

Version Osx (Mac) en téléchargement via ce lien :
https://github.com/Tunetown/RoomMap/tree/master/release/macosx/bundles

Version Windows, Linux et autre en téléchargement via ce lien :
https://github.com/Tunetown/RoomMap/blob/master/release/macosx/RoomMap.jar

Package simplifié par Andy Mac Door avec installation JAVA pour Windows et MAC :

https://www.andymacdoor.com/directdownload/RoomMap.zip

Ouvrir RoomMap.jar sur Windows ou RoomMap.app sur Mac :

Par défaut, sur Windows, si JAVA n'est pas installé sur votre ordinateur, le fichier Roommap.jar sera décompréssé au lieu de s'ouvrir. Il faut donc au préalable installer JAVA sur son ordi, redémarrer est ouvrir le fichier "RoomMap.jar" pour Windows ou "RoomMap.app" pour Mac.

Enfin vous y êtes ! Votre dur labeur va être récompensé.

Maintenant que vos fichiers sont prêts, copiez les tous dans un dossier. Déplacez ensuite ce dossier dans le disque dur de votre système, RoomMap ayant apparemment un petit problème avec le navigateur de fichier (en tout cas sur Mac).

Ensuite lancez RoomMap !

Celui-ci vous demande alors de sélectionner tous les fichiers .txt de mesure. Ce que vous devez faire évidemment.

Et roulement de tambour ....... Ta din !!!!!

NOTE EXPLICATIVE DE ROOMMAP PAR SON DEVELOPEUR -> THOMAS WEBER

La visualisation des données est générée par interpolation entre les points mesurés. La vue est de haut en bas : Vous voyez toujours le SPL à une hauteur fixe (réglable avec le curseur correspondant), comme vu à vol d'oiseau. Il n'y a pas (encore) de projection 3d. Les points de données sont marqués par des petits points, accompagnés d'une grille de 1 mètre pour l'orientation. De plus, lorsque vous expérimentez avec le curseur de hauteur (qui ajuste la coordonnée Z), les points à partir desquels la couche courante est le plus interpolée, sont montrés un peu plus focalisés que les autres. Dans les exemples de test réels fournis (qui ont également été utilisés pour les captures d'écran ici), vous pouvez voir par exemple que la pièce a une zone découpée : Derrière la table de mixage, il y a un petit placard installé, occupant le quart arrière gauche de l'espace au sol. La pièce est également une pièce mansardée, et sur la face avant (où se trouvent les moniteurs) et à d'autres endroits, la grille des points de mesure a été réduite pour y gagner en précision.

En général, vous réglez d'abord la fréquence qui vous intéresse, puis, avec le curseur de hauteur, vous " bougez " de haut en bas dans la pièce pour voir la distribution des niveaux de pression acoustique à la hauteur correspondante au-dessus du sol. Cela peut être utile pour déterminer où une certaine fréquence est traitée le plus efficacement. Par exemple, les absorbeurs à base de pression sont mieux placés dans les zones de SPL les plus chaudes, alors que les absorbeurs à base de vitesse doivent être placés à des vitesses maximales qui peuvent être approximées avec une certaine expérience en acoustique, peut-être aussi en utilisant l'option "Show wavelength circles" expliquée ci-dessous.

REMARQUE : En général, l'emplacement des maxima de vitesse n'est PAS directement corrélé aux maxima de la pression sonore, car la relation de phase entre la pression et la vitesse peut varier de 0 (onde sonore linéaire) à un certain nombre de degrés (onde sonore radiale).