AD6Qualité acoustique d’une salleQualité 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…

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. 1DOC. 1 :: ARCHITECTURE D’UNE SALLE DE CONCERTL’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. 1 : 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 ;

Synthèse

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. 2DOC. 2 :: DURÉE DE RÉVERBÉRATIONDans 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. 2 : 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.

Fig. 3 : Durée de réverbération pour une salle très réverbérante ⓐ et une salle peu réverbérante ⓑ

DOC. 3DOC. 3 :: RÉVERBÉRATION D’UNE SALLE

TR = 6 s TR = 0,5 s

d’intensité d’intensité

Fig. 4 : 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. 4DOC. 4 :: FORMULE DE SABINELa 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 0,070Laine 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 0,350Plâtre 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. 5DOC. 5 :: MODULER L’ACOUSTIQUEAfin 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. 5 : 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,…).

EEXERCICESXERCICES

Exercice n°1Exercice 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°2Exercice n°2 ::  Mur antibruit

Exercice n°3Exercice 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.

CCORRECTIONORRECTION DEDE LL’’ACTIVITÉACTIVITÉ

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 1ère syllabe se superpose à l’émission de la 2ème 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 diffuseurspour corriger l’acoustique d’une salle

Le « Boston Symphony Hall » aux États-Unis est l’une dessalles 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.

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.

CCORRECTIONORRECTION DESDES EXERCICESEXERCICES

Barème      :  

Présentation du problème () : 1 ptPistes pour y remédier () : 2 ptsTechniques pour y remédier () : 2 × 3 ptsConclusion () : 1 ptTotal : 10 pts

Exercice n°1Exercice n°1 ::  Le conservatoire de musique 

 

Exercice n°2Exercice n°2 ::  Mur antibruit

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

Sources de l’activitéSources 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 Term S Spécialité, Collection SIRIUS)

Site internet      :  

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

Sources des exercicesSources des exercices

Exercice n°1 :  ex n°6 p108 (NATHAN Term S Spécialité, Collection SIRIUS)Exercice n°2 :  ex n°8 p109 (NATHAN Term S Spécialité, Collection SIRIUS)Exercice n°3 :  ex n°12 p111 (NATHAN Term S Spécialité, Collection SIRIUS)