Qualité acoustique d’une salle

AD6	Qualité acoustique d’une salle
	(Mots-clés : auditorium, réverbération)

Lors de sa propagation, une onde sonore subit des phénomènes de réflexion, diffraction, diffusion ou absorption par les parois des obstacles qu’elle rencontre (murs, plafonds, mobilier, etc.). La superposition de l’onde directe et des ondes réfléchies contribue à la qualité du son perçu. L’acoustique des salles vise à offrir la meilleure qualité possible d’écoute à différents lieux dédiés au spectacle ou non : auditorium, salle de concert, théâtre, opéra, mais aussi aux lieux publics comme des halls d’entrée, des gymnases, des piscines, des réfectoires…

Synthèse



En vous aidant des documents qui suivent, faire une synthèse des paramètres à prendre en compte pour obtenir une bonne acoustique dans une salle. Vous expliquerez en particulier la nécessité de disposer de salles de conceptions et aux propriétés acoustiques différentes selon l’utilisation et comment agir sur ces propriétés.


Documents mis à votre disposition :

DOC. 1 : Architecture d’une salle de concert

L’architecture des théâtres anciens, comme le théâtre d’Épidaure (ci-contre) construit il y a 2500 ans en Grèce, repose sur la focalisation acoustique : la pierre est utilisée comme matériau réfléchissant ; les voûtes, l’ellipse et, plus généralement, l’arc de cercle servent de guides d’onde. La première difficulté pour obtenir une bonne acoustique dans une salle est le nombre de paramètres dont il faut tenir compte. La seconde étant de savoir ce que l’on va en faire. Aujourd’hui, les salles de concert ou les auditoriums les plus répandus ont une architecture rectangulaire, en éventail, en fer à cheval ou évasée (fig. 1). Dans une salle rectangulaire ⓐ, comme le Royal Festival de Londres (construit en 1951), les multiples réflexions sonores provoquées par les murs latéraux provoquent des sensations agréables de réverbération, tout en évitant l’écho ; Une salle en éventail ⓑ, quant à elle, réduit « l’image stéréophonique » et rend le son plus « frontal ». la réverbération semble alors plus riche sur le plan du timbre. Elle permet de rapprocher le public de la scène mais il faut se méfier des réflexions sonores du mur du fond de la salle ; Fig. : Schéma des principales formes architecturales Les salles en fer à cheval ⓒ sont intéressantes mais la focalisation des ondes acoustiques à certaines places peut poser problème, ce qui nécessite de placer des absorbants et des réflecteurs pour éviter ce problème ; Dans une salle évasée ⓓ, le sentiment de spatialisation est plus fort qu’avec la forme en éventail et le niveau d’intensité sonore est renforcé pour les sièges du fond de la salle. Il faut cependant faire attention à la géométrie exacte des murs.

DOC. 2 : Durée de réverbération

Dans une salle de spectacle, un auditeur (spectateur) perçoit le son direct, mais aussi celui des ondes sonores ayant subi une multitude de réflexions sur les parois des obstacles qu’elles rencontrent (fig. 2). Ce sont est qualifié de son réverbéré. Fig. : Profil d'un auditorium La durée de réverbération (ou temps de réverbération), notée TR, correspond à la durée au bout de laquelle le niveau d’intensité sonore a diminué de 60 dB après l’extinction de la source. Elle est déterminante pour l’ « ambiance acoustique » de la salle : plus la durée de réverbération d’une salle de spectacle sera longue, plus le spectateur aura la sensation d’être dans une grande salle. d’intensité d’intensité TR = 0,5 s TR = 6 s Fig. : Durée de réverbération pour une salle très réverbérante ⓐ et une salle peu réverbérante ⓑ

DOC. 3 : Réverbération d’une salle

Fig. : Durées de réverbérations pour des fréquences moyennes (500 - 1000 Hz) D’après F. Kuznik, G. Krauss et R. Yezou, « acoustique du bâtiment », INSA Lyon, 2009.

L’absence de réverbération dans une salle provoque un rendu sec et dur de la musique ; on recherche toujours une prolongation du son pour une bonne qualité musicale. Une bonne salle de musique présente une durée de réverbération de 1,0 à 2,5 s. Les orgues, présentent dans les églises, imposent de longues durées de réverbération afin d’avoir une bonne qualité de son. Pour une salle home cinéma, la durée de réverbération idéale se situe aux environ de 0,5 à 0,6 s pour une fréquence de 1000 Hz. La réverbération n’est, en général, pas souhaitée par un orateur. Elle doit être courte pour une bonne compréhension du texte ; au maximum 0,8 s. Au-delà, les syllabes se chevauchent et l’intelligibilité diminue.

DOC. 4 : Formule de Sabine

La formule de Sabine permet, dans la plupart des situations, d’estimer simplement le comportement d’un local par calcul du temps de réverbération pour différentes fréquences : On définit la surface d’absorption équivalente A par la surface des matériaux composants les parois du local multiplié par leur coefficient alpha de Sabine : Fréquence (Hz) Matériaux 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 5000 Hz Béton brut 0,010 0,010 0,015 0,020 0,050 0,070 Laine de roche 0,270 0,620 0,820 0,930 0,810 0,760 Moquette épaisse 0,120 0,200 0,250 0,450 0,400 0,350 Plâtre peint 0,010 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 Tableau 1 : Coefficients d’absorption (ou de Sabine) pour différents matériaux à différentes fréquences.

DOC. 5 : Moduler l’acoustique

Afin d’optimiser les performances acoustiques d’une salle, on peut jouer sur la réverbération : on peut soit la supprimer soit l’augmenter en restituant le son avec un retard afin de créer un effet de « grande salle ». Fig. : Schéma simplifié d'un auditorium Pour cela, deux techniques sont utilisées : La technique passive : elle consiste à modifier la durée de réverbération en jouant sur l’absorption acoustique. elle fait appel à des moyens mécaniques qui se révèlent souvent lourds, bruyants et, de surcroît, onéreux. Citons, par exemple, les réflecteurs, les panneaux mobiles ou les rideaux absorbants, les éléments scéniques comme les décors ou les conques d’orchestre et même parfois les parois et les plafonds mobiles ; La technique active (ou acoustique active) : cette technique à été développée en 1965, avec l’objectif initial de prolonger la durée de réverbération des salles pour pouvoir y accueillir des concerts dans de bonnes conditions. Elle apporte à la salle les composantes acoustiques qui lui font défaut, en utilisant des systèmes électroacoustiques constitués de microphones, de filtres et de haut-parleurs. On peut ainsi paramétrer au mieux la salle pour chaque type de spectacle : théâtre, opéra, conférence, etc. Cette technique est indétectable par le spectateur et permet d’obtenir une variabilité beaucoup plus efficace et flexible qu’avec la technique passive. De plus, elle assure pour l’usager un grand confort acoustique et permet de se libérer de certaines contraintes acoustiques (géométrie de la salle, type de matériaux,…).

Exercices

Exercice n°1 : Le conservatoire de musique

L’aire d’absorption équivalente est le produit de l’aire de la surface par son coefficient d’absorption acoustique. Les aires d’absorption équivalentes s’ajoutent pour donner celle d’une salle complète.

1. 
   Établir l’expression de l’aire équivalente d’absorption A pour l’auditorium.
   
2. 
   Déterminez, à l’aide du cahier des charges, un encadrement de cette aire équivalente A.
   
3. 
   En utilisant la liste de matériau ci-dessous, choisir celui qui permettrait de respecter le cahier des charges.
   

Exercice n°2 : Mur antibruit

Exercice n°3 : Une salle de spectacle à acoustique active

1. 
   Quel est l’intérêt de l’acoustique active ?
   
2. 
   Pourquoi parle-t-on d’acoustique active ?
   
3. 
   Quel autre type de solution peut-on mettre en œuvre dans le même objectif ?
   
4. 
   Expliquer les différences de sonorisation nécessaires pour sonoriser les deux évènements présentés dans le document.
   

Correction de l’activité



Dans une salle, l’auditeur reçoit la superposition de plusieurs contributions sonores avec un décalage dans le temps :

• 
  Le son direct provenant de la source ;
  
• 
  Le son provenant des différents phénomènes physiques dus à l’architecture de la salle : diffusion, réflexion, réfraction, diffraction et absorption des ondes sonores.
  




Ainsi, pour une bonne acoustique d’une salle, il faut tenir compte de son usage, de sa forme, de son volume, de sa surface et de la nature des matériaux utilisés pour sa construction. Pour adapter une salle à ses besoins, il suffit donc d’agir sur son architecture pour modifier le son réverbéré et en particulier la durée de réverbération car, selon l’usage, la durée de réverbération n’a pas la même valeur : elle doit être plus grande pour des salles de spectacle ou de concert que pour des salles de conférence. Par exemple, la réverbération, qui prolonge la durée d’un son, peut nuire à la compréhension de la parole : dans le cas d’un orateur, si la réverbération de la 1^ère syllabe se superpose à l’émission de la 2^ème et ainsi de suite, le texte prononcé peut devenir incompréhensible et ce, d’autant plus que la durée de réverbération sera plus longue.
Deux techniques sont utilisées pour agir sur cette durée de réverbération : l’acoustique passive et l’acoustique active.

• 
  L’acoustique passive (DOC. 1 & 5) consiste à jouer sur la géométrie de la salle ainsi que sur la nature, la forme et les propriétés acoustiques des matériaux qui la constituent. Par exemple, pour une salle de musique ou de concert (DOC. 3), on privilégiera une salle rectangulaire avec des matériaux ou des moyens mécaniques réfléchissants (DOC. 5) afin d’augmenter la durée de réverbération. La formule de Sabine est un outil intéressant pour déterminer le meilleur matériau à utiliser (DOC. 4) ;
  

Exemples de matériaux diffuseurs pour corriger l’acoustique d’une salle	Le « Boston Symphony Hall » aux États-Unis est l’une des salles de concert de référence en matière d’acoustique

• 
  L’acoustique active (DOC. 5) fait appel à des moyens électroacoustiques permettant de compenser les défauts acoustiques de la salle. Cette technique à l’avantage d’être invisible pour le spectateur et permet d’ajuster la durée de réverbération avec précision.
  

Barème : Présentation du problème () : 1 pt Pistes pour y remédier () : 2 pts Techniques pour y remédier () : 2 × 3 pts Conclusion () : 1 pt Total : 10 pts

Modélisation des réflexions des ondes sonores dans une salle


À travers cette étude, on voit combien l'acoustique d'une salle de concert est une chose très délicate à maitriser car les facteurs à prendre en compte sont nombreux et selon l’usage, il convient d’étudier sa conception avec minutie.
Correction des exercices

Exercice n°1 : Le conservatoire de musique



Exercice n°2 : Mur antibruit



Exercice n°3 : Une salle de spectacle à acoustique active




Sources de l’activité

Activités n°2 p108 (HACHETTE TS Ens. Spécialité, Collection Dulaurans Durupthy)

Activités n°3 p110-111 (HACHETTE TS Ens. Spécialité, Collection Dulaurans Durupthy)

Activités n°1 p102 (NATHAN T^erm S Spécialité, Collection SIRIUS)

Site internet :

• 
  Wikipedia.org (Loi de masse) ;
  
• 
  Acouphile.fr.
  

Sources des exercices
Exercice n°1 : ex n°6 p108 (NATHAN T^erm S Spécialité, Collection SIRIUS)

Exercice n°2 : ex n°8 p109 (NATHAN T^erm S Spécialité, Collection SIRIUS)

Exercice n°3 : ex n°12 p111 (NATHAN T^erm S Spécialité, Collection SIRIUS)