Optimisation de la diffusion des basses fréquences face au problème de voisinage

Par : Julie Grisel

Formation Supérieure aux Métiers du Son

Directeur de mémoire : David Rousseau Septembre 2017

Résumé

La technologie des enceintes de sonorisation permet aujourd’hui de délivrer de grandes puissances dans les très basses fréquences. En parallèle, la quantité de basses dans les styles musicaux n’a fait que croître au cours de l’histoire. Du fait de l’augmentation progressive du niveau sonore en basse fréquence, les nuisances sonores sur le voisinage se sont aussi multipliées.

Par ailleurs, les salles de concerts sont souvent situées dans des bâtiments anciens et l’amélioration de l’isolation acoustique engendre dans la plupart des cas, une reconstruction quasi-totale de la structure (réalisation d’une « boîte dans la boîte »). Cette solution très onéreuse est rarement envisageable et souvent impossible structurellement. Nous nous tournons donc vers l’optimisation des systèmes de diffusion et nous nous focalisons sur la question suivante :
« Comment rendre directive la diffusion des basses fréquences pour limiter l’impact sur le voisinage et concentrer l’énergie sur le public ? ».

Aujourd’hui, l’usage de systèmes directifs, parce qu’il est récent, est difficile à appréhender et le paramétrage est souvent simplifié et donc réducteur. La méthodologie de recherche consiste donc à démystifier l’effet « preset magique » afin de mieux comprendre les bases physiques qui régissent le phénomène physique de directivité.

Afin d’enlever toute zone d’ombre dans la conception du système, et d’éliminer les spécificités des caissons de basse (« subwoofer »¹) industriels, nous avons décidé de construire nos propres subwoofers, au comportement le plus simple possible.
Nous avons également programmé un logiciel de simulation afin d’avoir une souplesse d’analyse et de pouvoir automatiser des processus de comparaison non disponibles sur les logiciels commerciaux. Ceci nous a permis de pouvoir simuler puis mesurer avec une grande flexibilité les différentes configurations que nous voulions tester.

Afin de pouvoir qualifier les résultats, la première étape a été de mettre au point un système et une méthodologie de mesure juste et reproductible dans les basses fréquences. Après avoir optimisé les subwoofers et validé les simulations en champ libre, nous nous sommes confrontés à l’influence de la salle, nettement plus complexe. Dans un deuxième temps, nous avons mis en pratique ce savoir lors de situations de concerts, utilisant des systèmes de sonorisation de grande ampleur.

Les résultats les plus efficaces observés lors de notre étude montrent que dans tous les cas la rigueur et la méthodologie de mesure dans les basses fréquences sont indispensables. L’optimisation du système consiste à créer une réjection dirigée sur les zones à protéger. Plus le nombre d’enceintes disponibles est grand plus il est facile de le rendre directif. Les systèmes directifs en minimisant l’énergie sur les murs, engendrent moins de modes de résonance et améliorent la qualité du son sur le public et sur le voisinage. En particulier, les assemblages dont le retard correspond à la distance entre les sources permettent d’optimiser les deux critères en même temps.

Le nouveau décret apporte une nette progression notamment dans la prise en compte de la protection auditive des enfants. Il réaffirme également la nécessité de protéger en tous points, ce qui au regard des pratiques actuelles était effectivement nécessaire. Cependant, si l’objectif de protéger dans les basses fréquences est primordial, son application va nécessiter une refonte totale des techniques de diffusion et des pratiques musicales. Par la complexité de mise en œuvre, il peut être craint que l’effort financier soit trop important pour les petits lieux, et que l’accroche techniquement nécessaire des subwoofers en hauteur augmente nettement les problèmes de voisinage. En l’absence d’une règlementation prenant en compte les basses fréquences (63Hz), la protection du public qui nécessite l’accroche des subwoofers en hauteur risque de se faire au détriment du voisinage.
Mots clefs : basses fréquences ; difficultés de mesure ; directivité ; voisinage ; qualité sonore ; cardioïde ; règlementation ; logiciels de simulation

Avant Propos

Genèse du sujet de mémoire et problématique

C’est au cours de mes expériences en sonorisation que j’ai réalisé la difficulté de maîtriser les niveaux sonores dans les basses fréquences, tout d’abord en termes de couverture sur le public, mais aussi vis-à-vis de la règlementation et du voisinage. Les exigences d’homogénéité et de couverture, et influences des salles sur la propagation des basses fréquences constituent des phénomènes physiques et technologiques extrêmement complexes. Ils sont d’autant plus complexes qu’ils sont multi variables et intrinsèquement imbriqués. Peu d’outils et d’ouvrages aujourd’hui permettent d’avoir une vue d’ensemble des problématiques de mesure nécessaires à la caractérisation et à l’optimisation d’un système dans les basses fréquences. J’ai donc souhaité décomposer les différents paramètres permettant d’optimiser le système en éléments simples, comprendre leur fonctionnement, puis les synthétiser dans le sens de la meilleure optimisation possible entre qualité du son sur le public et protection des riverains.

Introduction

Contexte et problématique

Au tout début des concerts amplifiés, la technologie des enceintes et des amplificateurs ne permettait pas d’atteindre des niveaux élevés dans les très basses fréquences. Ces dernières années, les progrès technologiques et l’évolution de la musique actuelle (techno, rock…) ont fait apparaître un niveau sonore croissant dans les graves. Or, beaucoup de salles de spectacle exploitent des bâtiments historiques. Leur structure n’a jamais été pensée pour isoler les niveaux en très basse fréquence et il est souvent quasiment impossible de faire évoluer les bâtiments. Ces trente-cinq dernières années, le niveau sonore en basse fréquence ayant progressivement augmenté, la gêne sur le voisinage a augmenté proportionnellement. Les décrets se succèdent dans le but d’assurer aussi bien la protection auditive du public que la santé des riverains, en 1998 et tout dernièrement en août 2017. Malheureusement, les limitations associées aux basses fréquences ne permettent pas de faire un concert et les décrets présentent des manques notamment dans l’absence de prise en compte des très basses fréquences pour le voisinage. Il y a urgence ! En effet, l’ancien et le nouveau décret engendrent d’importantes difficultés d’application et les salles de concert se retrouvent en difficulté dans la capacité d’appliquer le texte. Faire perdurer l’activité culturelle et le bien-vivre ensemble nécessite de mettre en œuvre des solutions conciliant attente des spectateurs, protection auditive et respect des riverains….

Améliorer l’isolation étant une opération extrêmement coûteuse et souvent structurellement impossible, nous avons décidé de concentrer notre étude sur des solutions touchant à l’optimisation des systèmes de sonorisation eux-mêmes. L’idée est de mettre en avant des solutions permettant de concentrer l’énergie sur le public et de limiter les émissions vers le voisinage. En effet, rendre directifs les systèmes de sonorisation permet généralement de diminuer le niveau sonore dans le voisinage d’une proportion équivalente à multiplier par quatre l’épaisseur des murs. Cette optimisation est donc fondamentale car peu coûteuse en relatif au coût des travaux. Aujourd’hui, cette solution est rarement utilisée, car acousticiens et sonorisateurs ont tendance à travailler chacun de leur côté alors que la solution que nous mettons en évidence nécessite un travail commun de ces deux professions.

Plan

Nous commencerons par décrire dans la revue de littérature les problématiques de mesure des basses fréquences et quelles solutions permettent d’obtenir des mesures représentatives. La maîtrise de la directivité étant au cœur des solutions permettant de respecter l’absence de trouble vis-à-vis du voisinage, nous décrirons quelques configurations fondamentales permettant d’atteindre ces objectifs. Nous rappelons à la fin de cette partie le contenu du contexte réglementaire en vigueur.
Dans un deuxième temps, nous poursuivrons en donnant une description théorique des solutions permettant de créer de la directivité dans les basses via la programmation d’un logiciel de simulation. Nous validerons par la mesure en laboratoire (hangar) le modèle théorique en se confrontant à l’influence de la salle et aux difficultés de mise en œuvre associées.
Vous trouverez à la fin du mémoire un exemple pratique permettant de mettre en avant les résultats concrets qu’il est possible d’obtenir grâce à ces techniques.

Cadre

• Fréquentiel :
  Ce mémoire de recherche se focalise sur les basses fréquences générées dans les installations de sonorisation par les enceintes de renfort de grave, les « subwoofers » (appelés subs par la suite). La plupart des constructeurs donnent comme limite inférieure en basse fréquence des subs entre 25 Hz et 30 Hz, et 100 Hz pour la limite supérieure. Nous nous focaliserons donc sur l’intervalle de 25 à 100 Hz.
• Solutions d’optimisation
  Le mémoire ne traite pas des solutions relatives aux isolations acoustiques des bâtiments. C’est une opération très coûteuse et rarement possible pour les salles. Nous nous sommes donc concentrés sur l’optimisation des systèmes de diffusion dans les basses fréquences. Concentrer l’énergie sur la zone utile constituée par le public se réalise en créant une directivité. Le but n’était pas de tester l’ensemble des installations possibles mais de se focaliser sur quelques configurations fondamentales. Et enfin de se rendre compte des difficultés de mesure et donc d’optimisation.
• Types de lieux
  Notre étude concerne les évènements dans des salles moyennes à grandes (à partir de 300 places) ainsi que les concerts en plein air.
  L’objectif du mémoire n’était pas de détailler la méthodologie propre à la réalisation d’une étude d’impact acoustique. Nous nous sommes focalisés sur la maîtrise des concerts de grande ampleur de type festivals, qui n’ont pas les mêmes impératifs que ce qu’exigerait la réalisation d’une étude d’impact pour un bar ou une boîte de nuit. Les techniques qui sont décrites sont plus complexes et plus coûteuses mais permettent une meilleure gestion des niveaux sonores dans les infrabasses.
• Protection du public
  Il est important de noter que le décret traite aussi bien de la protection auditive du public que de celle du voisinage. En effet, l’augmentation de niveau très significative de ces dernières années rend la protection auditive du public primordiale. Cependant, l’optimisation des systèmes de diffusion vis-à-vis de la protection du voisinage est un sujet déjà très complexe. Nous nous sommes ainsi focalisés sur la partie protection du voisinage.

Abréviations utilisées dans ce mémoire

c : vitesse de propagation du son (344 m/s)
λ : longueur d’onde de la fréquence considérée
Sub : subwoofer (enceinte de renfort de grave)
Cardio : configuration cardioïde
Cardio natif : configuration cardioïde dont la distance entre les sources vaut λ/4
HP : haut-parleur
Omni : Omnidirectionnel

Revue de littérature

A. Les basses fréquences dans le contexte actuel.

Trois évolutions simultanées ont contribué à l’augmentation du niveau des basses fréquences dans les concerts amplifiés.

1. Contexte musical : évolution du niveau des basses fréquences au cours des 20 dernières années

Dans son mémoire de recherche en 2010, Pierrick Saillant [23] effectue un comparatif des balances spectrales sur une trentaine d’enregistrements répartis entre 1980 et 2010. Ses analyses permettent d’obtenir des informations sur l’évolution des habitudes d’écoute. « On observe que les productions actuelles contiennent plus de graves que les productions effectuées il y a une vingtaine d’années. Cette différence est reproduite dans le domaine de la sonorisation. Les systèmes de diffusion doivent être capables de produire plus de basses fréquences». La musique électronique en particulier, est en explosion depuis les années 1995 et est caractérisée par une forte accentuation de la rythmique et des lignes de basses.

2. Contexte technologique : un matériel de sonorisation de plus en plus puissant

D’un point de vue technologique les systèmes ont aussi beaucoup évolué. Dans le tableau ci-dessous, nous avons comparé à l’aide des documentations techniques [28] des fabricants, des haut-parleurs historiques et récents. Dans l’infrabasse, la pression générée est proportionnelle au volume d’air déplacé. On calcule donc le volume d’air déplacé par la formule :

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 𝑇𝑎𝑖𝑙𝑙𝑒 𝐻𝑃 * 𝐷é𝑝𝑙𝑎𝑐𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 𝑐ô𝑛𝑒

Ce tableau met en évidence qu’un HP actuel est capable de déplacer environ 10 fois plus de volume d’air que l’historique 416-8A.

Nous donnons également ci-dessous quelques ordres de grandeur de subs récents.

Les subwoofers récents peuvent comporter plusieurs HPs. Ils ont plus de capacité de débattement et supportent beaucoup plus de puissance. Le T21 atteint un niveau sonore de
146.5 dB SPL à 1 m !…

3. Contexte sociologique : recherche de sensations lors des concerts « live »

« To be played at maximum volume »². La puissance sonore parce qu’elle favorise l’immersion et qu’elle provoque un déconditionnement participe à l’expérience d’écoute de la musique (Guibert, 2007, [11]).

« Aujourd’hui, ce qui motive les jeunes à assister à des concerts, c’est la recherche de sensations physiques générées par les basses et les infrabasses. Car ce qu’on appelle « le gros son », c’est-à-dire le son très charpenté avec énormément de basses, permet de ressentir de fortes compressions, surtout au niveau de la cage thoracique et de l’abdomen, sensations qu’ils n’ont pas et qu’ils n’auront jamais avec leurs écouteurs, leur casque ou leur chaîne HIFI. […] » (David Rousseau, 2006, [21]).

« La puissance sonore favorise l’immersion dans la musique. Lorsqu’on arrive sur le lieu d’où émane le son amplifié, on est brusquement coupé de l’environnement perceptif antérieur. Le bruit accapare l’appareil sensoriel en mobilisant l’ouïe, mais aussi le toucher (on ressent le son par le corps) et provoque un déconditionnement. Cette présence physique du son reconditionne l’auditeur à une expérience onirique. Le volume sonore élevé rend difficile la parole et transforme les rapports sociaux. Il donne à la matière sonore une épaisseur qui le rapproche des arts plastiques tridimensionnels. » (Gérôme Guibert, 2007, [11])

La recherche des forts volumes sonores n’est pas nouvelle. C’est un phénomène sociologique qui ne peut être ignoré et qui participe à l’expérience d’écoute de la musique dans notre société. Cependant, si les techniques d’amplification apparaissent déjà dans les années 30, les niveaux que l’on peut atteindre aujourd’hui en basse fréquence sont extrêmement élevés. Il est donc d’autant plus nécessaire pour la santé du public que celle du voisinage d’apprendre à bien maîtriser les basses fréquences pour permettre le bien-vivre ensemble et la protection auditive.

4. Pourquoi les basses fréquences posent elles problème chez les riverains?

Isolement des bâtiments vis-à-vis des basses fréquences émergeant des concerts de musique amplifiée.

L’impact des nuisances dues aux musiques amplifiées peuvent être extrême : « [Lors d’]évènements musicaux comme des festivals ou rave parties, sorties en discothèques […] les basses fréquences sont tellement fortes qu’elles font vibrer les vitres aux alentours. » (CIDB, 2014, [3]).

« Il faut savoir que, dans les basses, on a d’une part, le coup de pied, c’est-à-dire le toum toum de la grosse caisse qui se situe entre 50 et 63 Hz et d’autre part, la nappe de graves en continu qui se situe entre 30 et 40 Hz, ce qui, d’ailleurs, n’est pas perçu par le système auditif. L’autre problème, c’est qu’il y a vingt ans, on envoyait 20 décibels de moins qu’aujourd’hui. Quand on sait qu’un DJ diffuse systématiquement du 140 dB(C) – le dB(C) tient compte des basses fréquences –, cela laisse perplexe ! On atteint donc de très forts niveaux sonores!» (David Rousseau, 2006, [21]).

Or, un niveau d’émission aussi important et centré sur les fréquences comprises dans la bande d’octave 63 Hz ou 30 Hz est catastrophique en termes d’impact sur le voisinage. En effet, l’isolation pour ces bandes de fréquence est très difficile à obtenir.

« Les parois, qu’il s’agisse des murs, du plafond ou de plancher, vibrent davantage à certaines fréquences qu’à d’autres. Plus une paroi vibre, plus elle est perméable au passage des sons et plus la pièce s’agrandit. Si par hasard, la fréquence de résonance naturelle d’une paroi coïncide avec la résonance de la pièce, les propriétés isolantes deviennent très médiocres, voire quasi-inexistantes. On observe ce phénomène avec les cloisons de doublage acoustique en panneaux de plâtre mince. Par exemple, une cloison en BA13 disposant d’un plénum de 10 cm rempli de laine de verre, résonne à 63 Hz. Adossée à un mur en parpaing creux de 20 cm, le doublage censé améliorer l’isolement, le dégrade de 7 décibels, passant de 39 dB (courbe verte) à 32 dB seulement (courbe rouge). Si la pièce possède une dimension physique de 2,58m (plafond) ou 5,16m, la dimension acoustique sera 2,68m (f1=63Hz) ou 5,36m (f2 63Hz). En supposant que la résonance amplifie le niveau de pression de 6dB à cette fréquence, l’isolation ne sera plus que 26 décibels (courbe bleue)». (Lafont, [15]).

Ces matériaux étant couramment utilisés dans les habitations standards, et les niveaux dans la bande 63 Hz étant de plus en plus marqués dans les musiques actuelles, les conséquences en termes d’isolement sont donc terribles.

Effets sur la santé

L’exposition au bruit dans l’environnement urbain est difficile à évaluer à cause de l’exposition à des nuisances multiples. Les impacts sur la santé sont à considérer car les effets peuvent nuire à l’état de bien-être mental, physique et social de la population. « On constate […], en restant au plus près des réponses des enquêtés, d’une part que les sonorités graves semblent perçues autant, si ce n’est plus, par le corps que par les oreilles ; d’autre part qu’elles sont assimilées à des bruits pénibles, qui relèvent de la nuisance sonore. Il est frappant que les enquêtés aient presque tous répondu dans ce sens, alors que ce n’était pas la question qui leur était posée. » « Les bruits graves remplissent donc l’espace, mais avant tout, ils remplissent, ils envahissent les oreilles (assourdissant), la tête (entêtant, lancinant), le corps tout entier (perçus par tout le corps) » (Guastavino C. & Cheminée, P, 2003, [10]).

Les basses fréquences dans l’environnement sonore peuvent ainsi entrainer des perturbations du sommeil, des dépressions, et bon nombre d’autres effets secondaires.

« S’il est difficile d’établir un lien direct de cause à effet entre l’état de santé des personnes s’adressant au CIDB et les nuisances sonores – de nombreux facteurs tels que la solitude ou un handicap physique peuvent interagir –, il est en revanche indéniable que les personnes confrontées à des problèmes de bruit sont en souffrance, physique ou mentale, pour la plupart depuis longtemps. Ce constat, les psychologues du CIDB le font de manière quotidienne à travers leur mission d’écoute et de conseil. Certains plaignants, à bout de souffle, en larmes ou au bord de la crise de nerfs, sont d’autant plus désemparés qu’ils ont entrepris pour la plupart de nombreuses démarches mais en vain.» (CIDB, [3])

Les contextes musicaux, sociaux et technologiques ont fait apparaître un niveau sonore croissant dans les graves. Les choix de conception des systèmes de diffusion sont très étendus, complexes et leurs conséquences, aux vues des puissances mises en jeu, doivent être maîtrisées. Pour maîtriser un système il faut pouvoir le caractériser et donc le mesurer.

B. Problématiques de mesure des basses fréquences

1. Contraintes dues à la salle

1.1 Modes de résonance dans une salle

Lorsque du son est diffusé dans une pièce, les ondes sonores vont rencontrer des obstacles : murs, scène, objets de toute taille. Une partie de l’onde sonore va être absorbée tandis que l’autre partie va être réfléchie ou diffusée. En fonction de la taille de la longueur d’onde (λ) par rapport à la taille de l’obstacle, les réflexions vont être différentes :

Dans la figure (A), l’obstacle est si petit par rapport à λ qu’il n’influence pas la propagation du son. Le son ne le voit pas et le contourne. En revanche, dans la figure (B), les dimensions de l’obstacle font plusieurs longueurs d’onde. Cela a pour effet de créer une zone d’ombre derrière l’obstacle qui tend à être irradiée par le front d’onde des sources qui rencontrent l’obstacle. Cela met en évidence que l’impact d’un objet, d’une forme, sera très différent en fonction de la fréquence observée. Pour les basses fréquences, on peut approximer qu’un objet de moins de 1 m n’a pas d’impact significatif sur la propagation du son.

Les longueurs d’onde des basses fréquences (25 Hz – 100 Hz) soumises à notre étude s’étalent de 13m80 à 3m40, et sont donc souvent proportionnelles aux dimensions des salles (longueur, hauteur de plafond, diagonales…). Les ondes vont être réfléchies par les parois, se propager dans plusieurs directions et interférer avec leurs propres réflexions circulant dans le sens inverse.
« Lorsque deux trains d’ondes se propageant en sens contraire se rencontrent, il se forme des ondes stationnaires. Les ondes stationnaires sont formées par des zones où l’air est soumis à des mouvements de compression et de décompression qui ne se déplacent pas. Ces zones sont situées à une distance l’une de l’autre égale à la moitié de la longueur d’onde des signaux qui la produisent. Ce sont des ventres, mouvements de compression maximale, et des nœuds acoustiques où ils sont nuls» (Besson R. & Alary J., 2007, [2])

Ainsi, pour une longueur d’onde donnée, en partant du point de réflexion, on rencontre un ventre à λ/4 et à 3λ/4 et un nœud à λ/2. Dans cette figure on note également que les modes font intervenir les fréquences propres et leurs harmoniques physiques.

Les différentes fréquences auxquelles le phénomène apparaît s’appellent les modes propres de la pièce ou fréquences de résonance. Les modes propres dépendent directement de la géométrie de la salle. Il apparait alors de très fortes différences de niveaux sonores entre les ventres (max) et les nœuds (annulations).

Nous avons simulé à l’aide du logiciel CARACAD, l’effet d’un haut-parleur situé dans l’angle d’une pièce de petites dimensions. Voici ci-dessous une sélection de modes propres apparaissant lors de la simulation.

Pour rappel,

• entre deux murs espacés d’une distance L, les fréquences propres seront : 𝑓𝑛 = 𝑛 * 𝑐/2𝐿
• Pour une salle parallélépipédique de dimensions Lx, Ly et Lz, on a :

l, m et n sont 3 entiers relatifs associées respectivement aux dimensions x, y et z ([20]).

1.2 Sources Image

Lorsque l’on positionne un haut-parleur dans une salle, son rayonnement est en partie réfléchi par les murs selon les mêmes lois que l’optique géométrique (lois de Descartes).

Les distances de parcours entre le son direct et le son réfléchi contre le mur (D1, et D2) ne sont pas les mêmes. Ainsi, le rayon réfléchi arrive avec un décalage de temps au microphone. Il va donc apparaître un phénomène d’interférence dit de « filtre en peigne » qui va varier en fonction de la fréquence, du retard de propagation et du niveau de la réflexion par rapport au son direct.

Dans le cas du schéma ci-dessus, on obtient : D1 = 10.05 m et D2 = 11.18 m. le décalage entre les deux impulsions émises par chaque sub vaut 3,28 ms. On affiche le résultat dans le logiciel Spectralab et on observe le filtrage en peigne correspondant :

Un tel phénomène physique est donc catastrophique en termes de mesure. On peut remarquer la présence de nombreuses annulations en amplitude alors que le micro est soumis aux réflexions de la paroi.

Dans cet exemple, nous avons relevé un premier ventre à 315 Hz et un premier nœud à 152 Hz. En effet, on obtient la fréquence du premier nœud lorsque les deux impulsions sont espacées de λ/2 (ici 1/(3,28 * 2 * 10−3) soit 152 Hz environ).

L’écart maximal mesurable entre les valeurs de sommation et d’annulation les plus fortes peut atteindre 30 dB, d’où la nécessité de mesurer en plusieurs points. D’un point de vue de la mesure, il est toujours préférable de mettre le microphone au sol pour éviter ces effets de filtre en peigne et obtenir des résultats plus caractéristiques. En moyenne, si le microphone est à 1,30 m du sol, le filtrage en peigne intervient dans le haut grave.
D’un point de vue homogénéité du son dans la salle, si l’on met l’enceinte contre la paroi, la source image est très proche, et donc la directivité n’est pas modifiée dans les basses. En revanche, dès que l’on éloigne un peu l’enceinte, l’effet de filtrage en peigne devient non négligeable. En pratique, trois cas se présentent :

• Si le subwoofer est le plus possible collé au sol ou au mur :
  Ceci permet de bénéficier d’un minimum de distance entre la source image et la source réelle. La directivité est hémisphérique et l’on gagne +6 dB de rendement sous réserve que la hauteur naturelle du sub soit petite vis-à-vis de la longueur d’onde (pour 100 Hz par exemple, la hauteur du sub ne doit pas dépasser 1m13 pour éviter des filtrages en peigne. En effet, 120° à 100 Hz correspond à 1m13 cf. le cercle des phases au paragraphe suivant). On obtient donc un gain de 6 dB sans engendrer de modification majeure de la directivité. Cependant, se rapprocher des murs sur un sujet où l’on tient compte du voisinage n’est pas une bonne idée … !
• On place le subwoofer à une distance de 1m70 du sol afin de créer une directivité verticale. En effet, le dipôle formé par le subwoofer et la source image annule l’énergie vers le plafond (cf. figure 7)

À partir du moment où la distance entre le point d’écoute et la paroi est importante (par exemple la source image crée par le mur de derrière), l’impact dans les basses fréquences est fondamental. Si l’on reprend l’exemple ci-dessous mais « retourné », le mur générant la source image devient le mur derrière le sub et il se produit alors une annulation à 50 Hz au point d’écoute…

• Si le sub est très loin du sol : les effets ne sont pas déterminés facilement mais il apparait de forts phénomènes constructifs et destructifs (filtres en peignes). Nous rappelons donc encore une fois la nécessité de mesurer en plusieurs points.

Pour comprendre ce phénomène, il faut étudier les influences de trois grands paramètres :

La Phase

La longueur d’onde d’une sinusoïde peut être reliée au cercle trigonométrique.

Si l’on additionne deux ondes de même fréquence et de même niveau en augmentant la phase entre ces deux signaux, comment les ondes s’additionnent-elles ?

Figure 9, on observe que tous les décalages de phase compris entre 0° et 120° permettent de gagner entre 0 et 6 dB. En revanche, dès que l’on dépasse 120°, on perd de 0 à -∞ dB (hors phase).

Le Niveau relatif des signaux directs et réfléchis

Il faut distinguer 3 comportements en fonction de la différence de niveau (offset) entre le son direct et le son réfléchi :

• 0 dB < offset < 4 dB : Zone de filtrage en peigne (« Combing zone ») : les phénomènes d’annulation et de sommation sont très importants. Ils peuvent varier de +6 dB à – 60 dB. Ces valeurs sont déterminées par le déphasage entre les deux signaux (cf. cercle des phases de la figure 9)
• 5 dB < offset < 10 dB : Zone de Transition les phénomènes de filtrage vont varier entre +4 dB et – 8 dB.
• 11 dB < offset : Zone d’isolation : le niveau de l’onde réfléchie étant plus de
  10 dB moins fort, les effets du filtrage sont minimes. Les signaux sont décorrélés.

Le Temps

Jusqu’à présent nous n’avons pas spécifié de valeur de retard. Un décalage de temps donné crée un décalage de phase différent à chaque fréquence.

Plus le décalage en temps augmente plus la première fréquence atteinte par le filtrage en peigne est basse. Par exemple, pour 1 ms de décalage, on aura un premier maximum d’annulation à 500 Hz (180°). C’est 360° à 1 000 Hz (premier maximum) mais aussi 720° à 2 kHz. Tous les maximums se retrouveront pour tous les multiples de 1 kHz, et les minimums à tous les multiples de 500 Hz…

Par conséquent, il faut faire très attention aux positionnements des enceintes près des murs. Celles-ci génèrent un filtrage en peigne dans les zones de diffusion à proximité et le placement du microphone de mesure peut s’avérer très difficile à optimiser.

1.3 Impact du positionnement des sources sur l’excitation des modes propres

L’impact du positionnement de la source est crucial. En effet, son positionnement détermine quels sont les modes propres qui vont être excités.

Courbe de réponse et positionnement dans la salle

On observe sur la figure 12, de grandes irrégularités des courbes de réponse 2 et 3 par rapport à la 1, manifestant des pics et des creux selon les excitations des modes. On remarque aussi une différence d’amplitude assez marquée entre les réponses dans la cabine et la réponse en salle anéchoïque.

2. Comment mesurer les basses fréquences ?

2.1 Signaux de mesure

Les quatre principaux signaux utilisés pour caractériser un système sont : le bruit rose, la musique, le balayage en fréquence (« sweep »), et les séquences MLS.

Bruit Rose

C’est un signal aléatoire dont l’intensité de chaque portion de bande d’octave est constante. Cela permet de se rapprocher de la perception de l’oreille qui est logarithmique. Le bruit rose donne un spectre plat quand il est analysé par un analyseur de spectre standard (sonomètre par exemple).

Avantages :

• Ce signal est très simple d’utilisation. En effet, lorsqu’il est nécessaire de faire des moyennes aussi bien spatiales que temporelles, le bruit rose est relativement constant sur tous les facteurs possibles.

Inconvénients :

• Il nécessite une très forte dynamique d’émission pour avoir un rapport signal sur bruit suffisant. pour que le bruit de fond ne perturbe pas la mesure, il faut que le bruit généré par les enceintes soit largement supérieur.
• Mélange le signal et les distorsions
• Ne fournit pas d’information temporelle
• Nécessite des mesures longues

Musique

Avantages :

• La musique actuelle étant naturellement beaucoup plus compressée que le bruit rose, le facteur crête est beaucoup plus faible et permet donc de générer beaucoup plus d’énergie pour la même dynamique maximum (que le bruit rose).
• Elle permet de faire en plus une mesure dans les conditions réelles d’exploitation et de mettre en évidence des phénomènes vibratoires associés à la dynamique du signal.

Inconvénients :

• Ce signal doit être utilisé avec beaucoup de précaution, l’usage de plusieurs morceaux est indispensable pour maximiser la répartition en fréquence.

« Sweep »

C’est un signal qui balaye toutes les fréquences nécessaires pendant une durée prédéfinie. Si les signaux sinusoïdaux sont employés depuis longtemps en audio et en mesures acoustiques, ce n’est que depuis une vingtaine d’années que les progrès informatiques ont permis d’étendre leur usage : grande amélioration des mesures de réponses impulsionnelles, de distorsion et de systèmes à la fois non linéaires et non invariants dans le temps. Le « sweep » permet de gagner un rapport signal sur bruit inatteignable avec la méthode MLS, car il permet de s’affranchir de la distorsion harmonique due aux non-linéarités du haut-parleur. (Farina, A., 2007, [7])

Comme il est très difficile de générer beaucoup d’énergie en 1s, l’idée est de répartir le sweep sur plusieurs secondes, puis de reconvoluer le signal mesuré. (Il est impossible d’envoyer 10 000 W en 1s mais facile d’envoyer 1 W pendant 10 000 secondes…) En reconvoluant le signal mesuré, on ramène toute l’énergie mesurée fréquence par fréquence en un seul instant.

Plus le temps de mesure est grand (Figure 13), meilleure est l’amélioration du rapport signal sur bruit. Dès 3 s de mesure, on gagne 20 dB par rapport à un bruit rose.

Avantages :

• Il permet de mesurer le niveau et la réponse impulsionnelle en même temps, de s’affranchir des bruits constants, et du bruit de fond. Un « sweep » de 47 s permet un gain de 33 dB de SNR par rapport à un bruit rose de même durée… Le « sweep » permet de mesurer avec virtuellement 2000 fois plus de puissance…
• Il permet de vérifier la reproductibilité et de connaître intrinsèquement le rapport signal/bruit de chacune des mesures

Inconvénients :

• Nécessite un dépouillement plus complexe
• La mesure en plusieurs points nécessite soit de faire plusieurs mesures discrètes et d’en faire la moyenne, soit d’utiliser un système multi micros.

Signal MLS

Maximum Length Sequence. C’est une séquence binaire pseudo aléatoire permettant d’extraire la réponse impulsionnelle. Dans la pratique, il s’agit d’un signal que l’on pourrait confondre avec un bruit rose s’il est préalablement refiltré, mais qui permet par un traitement informatique de retrouver une réponse impulsionnelle si le système est invariant.

Avantages :

• Il permet de gagner artificiellement du rapport signal bruit mais de façon moins importante que le « sweep ».
• Le son du signal MLS est un son relativement peu dérangeant pour l’audition là où le
  « sweep » présente des séquences caractéristiques de sons d’ovnis….

Inconvénients :

• Inutilisable à très grande distance car une variance du temps de propagation de groupe rend inopérante la reconstruction de l’impulsion.
• Usage plus compliqué car nécessite le bon choix des critères du traitement du signal (taille et type de la fenêtre).

2.2 Techniques d’analyse

i. Pondérations et perception des basses fréquences par l’oreille humaine

La mesure des basses fréquences doit prendre en compte le comportement de l’oreille humaine. En effet, l’oreille humaine n’est pas aussi sensible aux basses fréquences qu’aux sons médiums ou aigus émis à la même pression acoustique. Le schéma ci-dessous reproduit les courbes d’isosonie de Fletcher et Munson (1933) qui représentent la sensibilité moyenne de l’oreille pour la plage des fréquences audibles. Ces courbes indiquent, pour chacune des fréquences du spectre audible, le niveau de pression acoustique (SPL pour Sound Pressure Level) nécessaire à la perception d’une même intensité par un être humain. D’où le terme « courbe d’égale (iso)sensation sonore (sonique) ».

Cela signifie que les sons graves demandent plus de niveau sonore que les sons aigus pour être perçus à la même intensité. Ce phénomène est très marqué à faible niveau. Par exemple pour avoir la même sensation sonore de 30 dB SPL à 1000 Hz, il faut mettre +30 dB à 50 Hz. Même à fort niveau ce comportement reste vrai même s’il est fortement atténué : à 100 dB SPL il faut toujours 10 dB de plus à 50 Hz qu’à 1000 Hz.

Il est possible d’approcher ce comportement relatif au fonctionnement de l’ouïe humaine à l’aide de filtres de pondération pour un niveau donné. Il existe quatre filtres de pondération. Pour notre étude nous nous concentrerons sur les filtres A et C qui sont stipulés dans les règlementations pour la mesure de niveaux en salle et sur le voisinage.

Une pondération fréquentielle c’est « la différence entre le niveau du signal indiqué sur le dispositif d’affichage et le niveau correspondant d’un signal d’entrée sinusoïdal permanent d’amplitude constante, cette différence étant spécifiée dans [la] norme en fonction de la fréquence » (NF EN 61672-1, Electroacoustique et sonomètres, Juin 2003). Dans la réglementation, les pondérations A et C sont définies par la norme CEI 61672-1 sous la forme de tableaux de coefficients à appliquer aux mesures par octave ou tiers d’octaves.

La formule définie dans la norme et permettant de calculer en décibels, les pondérations C et A est la suivante :

𝐶1000 et 𝐴1000sont des constantes de normalisation, en décibels, qui représentent les gains électriques nécessaires pour obtenir des pondérations A et C égales à 0 dB à 1 kHz. Pour la pondération C, deux pôles sont situés à la fréquence f1 pour les basses fréquences et deux pôles sont situés à la fréquence f4 pour les fréquences élevées. La pondération A est réalisée en ajoutant à la pondération C deux filtres passe-haut du premier ordre couplés, dont les pôles sont les fréquences f2 et f3.

Voici un extrait des coefficients fournis dans les tableaux de la norme et calculés grâce aux formules ci-dessus. Ils sont volontairement plus détaillés dans les basses fréquences :

La pondération A correspond à la sensibilité de l’oreille pour les sons purs à faible volume, et donne donc peu d’importance aux basses à l’inverse de la pondération C. Physiquement parlant, les pondérations A et C reproduisent approximativement sous forme inversée les courbes d’isosonies (Le Haut Conseil à la Santé (figure 16 ci-dessous) met en évidence que la courbe 40 phones se rapproche de la pondération A et que celle de 100 phones correspond environ à la pondération C).

ii. FFT et analyse en bande fine

1. Résolution fréquentielle de FFT

La transformée de Fourier Rapide (Fast Fourier Transform) est le principal outil mathématique utilisé pour l’analyse de spectre fréquentiel dans beaucoup de logiciels. Son paramétrage doit être choisi très précisément pour la mesure en basse fréquence. La Transformée de Fourier permet de passer du signal audio temporel à l’analyse de sa composition dans domaine fréquentiel (amplitude et phase) et inversement.

La fenêtre d’analyse de la FFT sélectionne une partie du signal dont la taille détermine le nombre de points d’analyse. Plus la fenêtre d’analyse est grande plus la résolution fréquentielle entre deux points diminue.

« Le traitement commence par le remplissage d’une mémoire de taille donnée (généralement une puissance de 2. Par exemple, un bloc de N = 1024 = 2^10 échantillons temporels) qui sera la base temporelle d’analyse. Ces N échantillons temporels seront ensuite passés dans un algorithme de calcul FFT » (01dB, [27]).

La durée de remplissage des N échantillons dans la mémoire correspond à la durée minimale pendant laquelle il faut observer le signal pour pouvoir l’analyser (c’est-à-dire sa sélectivité temporelle). Si l’on échantillonne à la fréquence Fe et que l’on doit prendre Ne échantillons, il nous faudra attendre un temps T = Ne/Fe secondes (1024 points à 44.1 kHz = 23 ms).
La résolution fréquentielle obtenue est B = Fe/Ne Hz (1024 points à 44.1 kHz = 43 Hz). Cela signifie que l’on a un point d’analyse tous les 43 Hz, donc un seul point pour l’analyse de toutes les fréquences graves.

Pour les basses fréquences, il est donc important de prendre une taille de FFT largement plus grande que 1024. Il est typique d’utiliser une fenêtre de 65000 points pour une fréquence d’échantillonnage de 44.1KHz.

« Le produit BT = Fe/Ne * Ne/Fe =1. Si l’on veut mesurer un signal avec une résolution de 1 Hz, il nous faudra l’examiner pendant au moins 1 seconde, avec une résolution de 2 Hz pendant 0.5 s, 0.5 Hz pendant 2 s, et ce quelque soit l’instrument de mesure utilisé. Les limites de résolution temporelle et de résolution fréquentielle sont données par le produit BT= 1.» (01dB, [27]).

Il y a un donc compromis entre la résolution fréquentielle et temporelle, il faut adapter la fenêtre d’analyse à la nature du phénomène observé. Un phénomène stable pourra être décrit avec une grande précision fréquentielle en prenant une taille de FFT importante, par contre un signal relativement variant devra être observé avec une taille de FFT courte si l’on souhaite pouvoir visualiser sa variation temporelle. Dans ce compromis, quand on observe un phénomène aléatoire, il est souvent plus simple d’utiliser une technologie en bande de filtres plutôt qu’une technologie FFT du fait des artefacts de mesure (c’est en ce sens que la norme n’autorise pas l’utilisation de la FFT pour les sonomètres de classe 1). Caractériser l’enveloppe demande de faibles tailles de FFT, alors que caractériser sa fréquence demande une grande taille de FFT.

2. Limites de la FFT

Cependant, le signal que l’on cherche à mesurer est un signal physique réel, non prédictible. Il est à priori non périodique… « Monsieur le baron Fourier indique de travailler sur un temps infiniment long, sauf si la fonction est périodique. Aucune mémoire n’est suffisamment importante pour accueillir la totalité du signal ! Le fait de limiter la durée d’observation à un bloc de longueur donnée entraîne comme conséquence de considérer notre signal comme périodique, de période égale à la durée d’observation (la longueur du bloc temporel) » ([27]).

« Cette périodisation artificielle crée des discontinuités dans le signal temporel. De telles discontinuités dans le domaine physique correspondent à des énergies infinies. […] [Le signal étant numérisé], la discontinuité ne se traduit pas par un saut à énergie infinie mais par un saut de pente plus ou moins raide, donc une énergie plus ou moins importante qui vient s’ajouter au signal. En fait on vient de regarder notre signal avec une fenêtre rectangulaire, c’est à dire que l’on a ouvert les yeux de l’analyseur à un moment donné dans la vie du signal, que ses yeux sont restés ouverts pendant la durée d’observation et que brutalement, ils se sont refermés à la fin de l’observation. L’analyseur a taillé dans le vif le signal. Il n’a respecté aucune périodicité. » (01dB, [27])

Pour éviter les discontinuités introduites par une telle fenêtre, impliquant des erreurs d’estimation de l’énergie portée par le signal, on impose à l’analyseur d’utiliser d’autres fenêtres temporelles.

3. Fenêtrage

Nous ne détaillons pas tous les types de fenêtres utilisés dans le calcul de la FFT, mais nous nous concentrons sur les deux fenêtres les plus standards et utilisées par la suite pour les analyses des données.

« La définition d’une fonction utilisable en tant que fenêtre de pondération doit suffisamment déformer le signal temporel pour le rendre périodique tout en respectant suffisamment le signal pour que les résultats trouvés restent représentatifs. » (01dB, [27]) Beaucoup de fenêtres temporelles existent et font un compromis entre l’optimisation de l’erreur maximale commise sur le niveau mesuré et la résolution fréquentielle. Par exemple, Blackman-Harris est très adaptée au repérage fréquentiel, « Flat-Top » est adaptée à la quantification de l’énergie et donc à la mesure de niveau… Les fenêtres seront donc à choisir en fonction du type de signal analysé et du compromis désiré.
La fenêtre de Hanning est de loin la plus utilisée et optimise bien le compromis résolution fréquentielle / résolution en amplitude.

La fenêtre de Hamming est dérivée de la fenêtre de Hanning (même utilisation), mais l’accent a été mis sur la résolution fréquentielle (donc au détriment de la résolution en amplitude). Elle est à conseiller lors de la recherche de la fréquence « exacte ».

4. « Overlap »

Pour un analyseur donné, il faut choisir le pourcentage d’« overlap » entre deux fenêtres d’analyse. Plus les fenêtres sont imbriquées, plus l’on est précis dans notre analyse mais plus cela nécessite de la puissance de calcul.

iii. Conversion en affichage par bandes de fréquences

Une fois la taille de FFT choisie, on découpe le spectre en bandes de fréquences afin d’améliorer la lisibilité des données et se rapprocher du phénomène d’intégration de l’audition humaine.
L’idée est d’appliquer au signal des filtres normalisés par bandes à largeur relative constante Δƒ/ƒ (c’est-à-dire dont la bande passante est proportionnelle à leur fréquence centrale).
Il existe trois grands types de résolution d’affichage : par bande d’octave (sonomètres par exemple), par tiers d’octave (la plupart des appareils de mesure le proposent), ou bande fine (résolution variable en fonction de l’analyseur, par exemple 1/48).
Dans le cas d’une analyse de mesures d’un sub en salle, et donc soumis à des phénomènes acoustiques complexes vus précédemment, il est nécessaire d’affiner la résolution d’affichage afin de pouvoir mettre en évidence ce qui relève des modes propres. On utilise alors l’analyse en bandes fines. Elle sert à caractériser les problèmes.

Si l’on veut obtenir un résultat quantitatif, le tiers d’octave est un très bon moyen de visualiser le résultat. Par exemple, pour un signal présentant des tonalités marquées (trompette) l’affichage en octave et en tiers donne :

2.3 Techniques de prise de son : robustesse des mesures en basse fréquence

Comme expliqué précédemment, lors d’apparition d’ondes stationnaires, il apparait des nœuds et ventres de vibrations pour les fréquences dont la demi-longueur d’onde est multiple de la distance interparois. Les basses fréquences soumises à notre étude étant précisément les fréquences concernées par les ondes stationnaires, il apparait donc que si l’on place un microphone de mesure sur un nœud de vibration, le niveau observé sera nul alors qu’un quart de longueur d’onde plus loin le niveau atteindra un maximum. Il est donc très facile de faire une erreur de mesure s’il l’on place un microphone fixe dans une pièce.

Le tableau ci-dessous réalisé par David Rousseau et Igor Prade montre les écarts de mesure pour une position fixe du microphone à l’émission (local contenant les enceintes) et à la réception (pièce adjacente). Les mesures ont été réalisées sur 4 types de signaux différents (bruit rose, techno 40 Hz, techno 50 Hz, techno 63 Hz).

On remarque que plus l’on descend en fréquence, plus l’écart de mesure est important. L’écart maximum à 63 Hz peut atteindre 24 dB (12 dB à l’émission et 12 dB à la réception) ce qui est colossal aux vues des exigences des législations.

Comment mesurer si les écarts de mesure dus à la position du microphone sont si importants ? Il faut multiplier le nombre de points de mesure pour diminuer la probabilité de tomber sur la seule et unique valeur d’un nœud de vibration de la fréquence mesurée. La question qui découle immédiatement de ce système de mesure est celle du nombre de microphones qu’il faut employer. Cela diffère-t-il pour chaque fréquence ?

Dans leur étude « Estimation de la robustesse des mesures à 63 Hz », David Rousseau et Igor Prade ont effectué l’expérience suivante. Dans une salle fermée type cave, 4 morceaux de musique ont été joués, et 11 mesures ont été réalisées par morceaux à l’aide de 4 sonomètres Solo 01dB. Les valeurs retenues correspondent donc à la moyenne des 4 morceaux et sont donc basées sur 44 mesures.

« Fixe » : sonomètre immobile durant la mesure.

« en 8 » : On fait une forme de 8 sur 1m environ afin de moyenner dans l’espace

« moy de 5 » : moyenne énergétique de 5 points au hasard.

Analyse des résultats :

La comparaison de plusieurs mesures en 1 point donne des résultats de niveaux sonores totalement aléatoires pouvant approcher une variance de plus de 14 dB pour un écart type proche de 4 dB. L’énergie fournie dans les basses fréquences (octave 63 Hz) est donc techniquement difficile à évaluer ou estimer.

En revanche, l’usage d’un système à plusieurs microphones, ou la mesure en plusieurs points (en simultané ou en séquentiel) permettent de réduire ces différences dans les résultats. En effet, le fait de moyenner énergétiquement 4 points répartis aléatoirement dans la pièce (à 1 mètre minimum des parois) permet d’obtenir une fiabilité sur les mesures à 63 Hz équivalente à celles réalisées actuellement à 125 Hz en fixe (pour une même variance de 3).

On peut conclure que sur la base d’un écart type de 1,5 dB et un écart maximum d’environ 7 dB (statistiques réalisées sur 55 000 échantillons), la moyenne dans l’espace (« en 8 ») et la moyenne multi micros sur 5 positions permettent de mesurer les octaves 63 Hz et 125 Hz avec la même fiabilité.
Voici ci-dessous la description de ces deux techniques de façon plus détaillée.

iv. Mesures mobiles ou « Moyenne spatiale »

La mesure s’effectue en continu avec le sonomètre en main et en déplaçant le microphone tant sur le plan horizontal que vertical dans toute la pièce.

Contraintes techniques : durant la mesure, une attention particulière sera à apporter lors du déplacement dans le local afin qu’il ne soit pas source de bruit pouvant perturber le relevé en cours (Exemple : parquet qui craque sous les pas). La hauteur du microphone de mesure ne devra pas être fixe, notamment afin d’éviter le mode 1 de la hauteur du local. Une durée minimum de 2 minutes est nécessaire.

Pour chaque mesure, il s’agit de bouger en continu le microphone autour de sa position jusqu’à ce que la mesure soit stabilisée.

v. Mesures fixes ou « multi micros »

Il s’agit de positionner plusieurs microphones de mesure. 4 ou 5 points sont nécessaires notamment pour la mesure à 63 Hz. Il faut ensuite en calculer la moyenne énergétique. Une durée de mesure de 1 minute est suffisante. Deux méthodes sont possibles :

La méthode FFT a pour avantage de nécessiter moins de ressources de calcul. En revanche, comme vu dans § 2.2.ii, les fenêtres de pondération introduisent des erreurs de calcul. La méthode par bande de filtres est simple à utiliser, comporte peu d’erreurs mais nécessite un processing plus important. La FFT permet également d’accéder facilement à l’analyse en bande fine, alors que la bande de filtre ne le permet que très difficilement.

La connaissance des difficultés de mesure dans les basses fréquences permet de caractériser le système de diffusion. Une fois le système caractérisé, il faut pouvoir maîtriser la diffusion des basses fréquences et limiter les émergences sur le voisinage. La directivité permet de concentrer l’énergie sur le public. De nombreux travaux ont déjà été synthétisés sur la manière de créer de la directivité avec des subwoofers. Nous donnons ici des informations sur les configurations que nous allons ensuite simuler dans le logiciel, puis vérifier via les mesures au hangar et dans la pratique sur un concert.

C. Configurations standards

1. Cardioïde

« En disposant deux enceintes l’une derrière l’autre, écartée d’une distance d (entre les faces avant), et en retardant l’enceinte avant de τ = d/c (c, vitesse du son dans l’air), on obtient des interférences modulées par la fonction cardioïde : 1 − cos(θ). La première annulation à l’arrière a lieu à la fréquence f1 dont la longueur d’onde λ1 est égale au quart de la distance
d. » (Pierrick Saillant, 2010, [23]).

La méthode la plus théorique consiste à placer une distance entre les sources correspondant au quart de la longueur d’onde de la fréquence d’accord. Cette configuration sera appelée dans la suite du mémoire « NATIVE ». Toutes les autres variations de distance entre les subs correspondent à des configurations dites non natives.

2. Cardioïde à gradient

Une autre possibilité d’accord de la configuration en cardio consiste à utiliser le hors phase en même temps que le délai. Le principe consiste à utiliser le hors phase pour la réjection arrière, tandis que le délai assure la sommation à l’avant. La valeur du délai correspond à la distance entre les subs.

3. End Fire

Le End Fire consiste à aligner plusieurs sous-ensembles cardioïdes les uns derrière les autres.

D. Décrets réglementaires relatifs aux nuisances sonores

1. Définitions essentielles

Pour comprendre les réglementations il est tout d’abord nécessaire de définir quelques termes et concepts physiques essentiels.

Unités de mesure des niveaux dans la règlementation

Tous les niveaux réglementés se mesurent à l’aide d’un sonomètre intégrateur homologué (Norme AFNOR NF S 31-109). En effet, la Transformée de Fourier Rapide (FFT) n’est pas utilisée car elle n’est exacte que pour des signaux impulsionnels. Pour des signaux réels elle commet une approximation. On utilise donc un sonomètre comportant des bandes de filtre normalisées. Dans la première partie nous avons vu que le niveau de pression acoustique brut ne correspond pas à la perception sonore humaine ; pour cela, des pondérations de type A et C sont nécessaires. Lors de la mesure d’un niveau, les sonomètres appliquent tout d’abord cette pondération fréquentielle A ou C à l’aide d’un filtre, puis, ils calculent la moyenne énergétique équivalente du signal (Leq,T exprimé en dB). C’est un indice énergétique. En considérant un son stable ou fluctuant perçu pendant une durée T, le niveau énergétique équivalent représente le niveau de bruit constant qui aurait été produit au même point de mesure et durant la même période.

« […] Un son véhiculant une énergie W pendant un temps t est équivalent à un son d’énergie W/2 pendant un temps 2t.» (Meyer-Bisch C., 2005, [16])

À partir des niveaux pris comme référence pour la santé au travail, soit 85 dBA sur 8 h nous avons calculé des équivalences de dose perçues dans le tableau ci-dessous. « Valeurs d’exposition supérieures déclenchant l’action de prévention prévue à l’article R. 4434-3, au 2° de l’article R. 4434-7, et à l’article R. 4435-1. Niveau d’exposition quotidienne au bruit de 85 dB(A) sur 8 h » ([25])

Si l’échantillonnage a été effectué avec une pondération fréquentielle (A par exemple), le niveau équivalent, sera alors exprimé en dB(A) et symbolisé par LAeq,t. Ce niveau est très régulièrement utilisé comme indicateur de gêne. On observe en effet, dans la pratique, une bonne corrélation entre cette valeur et le risque auditif ressentie par un individu exposé au bruit. Le dBA n’a pas été crée pour la règlementation sur les risques auditifs. En revanche, c’est le seul indice historique pour lequel il existait beaucoup de données épidémiologiques.

Définitions des termes réglementaires associés à la protection du voisinage

Considérons la situation standard d’une boîte de nuit et d’une habitation adjacente. Les niveaux sont mesurés à l’aide d’un sonomètre en Leq. Définissons les variables suivantes :

Musique = niveau d’émission à l’intérieur de la boîte de nuit

Emergence

Définition officielle

Article R.48-4 du Code de la santé publique :

«La différence entre le niveau de bruit ambiant, comportant le bruit particulier en cause, et celui du bruit résiduel constitué par l’ensemble des bruits habituels, extérieurs et intérieurs, dans un lieu donné, correspondant à l’occupation normale des locaux et au fonctionnement normal des équipements.»

Sur la figure 21, nous avons exporté des enregistrements de sonomètre effectués sur un concert pour illustrer les différents termes règlementaires.

Annexe [Les pièges à éviter lors de la mesure de l’isolement]

2.1 Listes des articles visant les diffuseurs de musique amplifiée

Quels sont les articles en vigueur pour les établissements diffusant à titre habituel de la musique amplifiée?

Remarque : Les règlementations distinguent le voisinage contigu et non mitoyen. «Dans les textes il est question de contiguïté et non de mitoyenneté. Tous les espaces mitoyens à un autre sont contigus mais tous les espaces contigus ne sont pas mitoyens. La contiguïté est à interpréter en termes de ponts acoustiques possibles entre le local d’émission et celui de réception. Par exemple, une ou des basses fréquences peuvent se transmettre par un conduit de ventilation qui est fixé au niveau d’un dernier étage. La transmission vibratoire se faisant par un accrochage de la fréquence de résonance du conduit (et de ses harmoniques), va impacter uniquement le dernier étage et non le 1ᵉʳ étage. Il y aura bien contiguïté car les vibrations se transmettent effectivement comme si l’appartement du dernier étage était mitoyen du conduit, ce qu’il est effectivement au niveau des accroches du conduit, ce dernier étant une extension et donc faisant partie intégrante du local d’émission.»⁴
[Décrets] en Annexe

Un nouveau décret est apparu le 7 Août 2017.Quelles sont les dispositions réglementaires de ces deux décrets et quelles sont leurs différences ?

2.2 Le décret fondamental n°98-1143 du 15 décembre 1998 et le nouveau décret n°2017-1244 du 7 août 2017

Exemples d’application des termes correctifs

Les termes correctifs font appel à la notion de dose de perturbation. En quelque sorte, plus la durée d’exposition est longue moins on autorise de dépassement.

• Une discothèque qui diffuse de 23H00 à 5H00 : durée cumulée = 6 heures

Période nocturne :

Tolérance d’émergence en niveau global (habitation contigües et non contigües) ≤ 3 dB(A) + terme correctif (6h = 1 dB(A)) = 4 dB(A)

• Un bar qui ouvre de 9 heures à 2 heures du matin et qui diffuse de la musique amplifiée sans interruption.

Période diurne : Le bar fonctionne en période diurne de 9h00 à 22h00, soit une durée cumulée = 13 heures

Tolérance (habitation contigües et non contigües) ≤ 5 dB(A) + terme correctif (6° = 0dB(A))= 5 dB(A)

Période nocturne : Ce même bar qui fonctionne, en période nocturne, débute la soirée à 22H00 pour fermer à 2H00, durée cumulée = 4 heures (un peu moins car il commence à fermer plutôt vers 1H45)

Tolérance (habitation contigües et non contigües) ≤ 3 dB(A) + terme correctif (5° = 2 dB(A))= 5 dB(A)

Clause spécifique aux enfants

Du fait de l’augmentation très importante des niveaux sonores et des pratiques à risques, le nouveau décret rajoute également une clause pour les enfants : « Lorsque ces activités impliquant la diffusion de sons amplifiés sont spécifiquement destinées aux enfants jusqu’à l’âge de six ans révolus, ces niveaux de pression acoustique ne doivent pas dépasser 94 décibels pondérés A sur 15 minutes et 104 décibels pondérés C sur 15 minutes»

Mise en œuvre

« Dans le cas où l’isolement du local où s’exerce l’activité est insuffisant pour respecter ces valeurs maximales d’émergence, l’activité de diffusion de musique amplifiée ne peut s’exercer qu’après la mise en place d’un limiteur de pression acoustique réglé et scellé par son installateur.»

Exigences d’application

Il est imposé aux lieux concernés par le décret, de faire une étude d’impact acoustique chargée de faire l’inventaire des problèmes d’isolation et des travaux d’isolations nécessaires. Si les valeurs d’isolation données par l’étude d’impact ne permettent pas de respecter les niveaux d’émergence : l’installation d’un limiteur est exigée. (Limiteur global ou par bande)

« L’étude acoustique ayant permis d’estimer les niveaux de pression acoustique, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur des locaux, et sur le fondement de laquelle ont été effectués, par l’exploitant, les travaux acoustiques nécessaires. La description des dispositions prises pour limiter le niveau sonore et les émergences aux valeurs fixées par le présent décret, notamment par des travaux d’isolation phonique et l’installation d’un limiteur de pression acoustique»⁵

Un limiteur est un appareil inséré à la sortie de la console de mixage et limitant le niveau du signal sonore.

Quelles peines encourues ?

Pour le dépassement des niveaux en salle et des valeurs d’émergence (article R571-96) :

• Amende de 1 500 euros et/ou confiscation du matériel de sonorisation
• En cas de récidive : amende (3 000 euros) et/ou fermeture administrative de la salle.
• Si plainte au civil de la part des riverains : tribunal

Nota Bene important

À l’heure d’écriture de ce mémoire, la nouvelle règlementation n’est toujours pas fixée.

« L’interprétation des textes va être clarifiée par une note interministérielle avant sa mise en application en 2018. Dans l’immédiat, à partir du moment où [l’ancien texte] n’a pas été officiellement abrogé, sa validité perdure. (Quoiqu’il arrive, les niveaux à l’émission, pour le respect des 3 dB d’émergence par bandes d’octave pour les habitations contiguës, sont habituellement calculés par rapport aux taux d’isolement des locaux, donc que ce soit reconduit ou pas, la technique d’approche des bureaux d’étude restera la même, qu’elle soit officielle ou pas).»⁶

E. Problématique

Revue de littérature et mesure des basses fréquences

La propagation des basses fréquences à l’intérieur d’une salle est un phénomène physique très complexe et les techniques de mesures associées sont rarement décrites autrement que dans une vision universitaire. Il manquait donc une description pratique des méthodes à appliquer, et ce vis-à-vis de la protection du voisinage.

Revue de littérature et optimisation des systèmes de diffusion

Par ailleurs, les pratiques standard visent à optimiser l’énergie sur le public et à garantir un son sur scène acceptable. Il est par contre très rare d’associer à ces deux précédents critères la protection du voisinage. Il s’agit de montrer que l’on peut trouver une technique de diffusion permettant à la fois de garantir la qualité du son l’ensemble scène et public, et la protection du voisinage.

Ainsi, la caractérisation des systèmes vis-à-vis des problèmes de voisinage est rarement vue dans son ensemble et il manquait une synthèse des différentes techniques de mesure et de création de la directivité permettant d’offrir une vision globale au lecteur.

Revue de littérature et règlementation

Enfin, les textes légiférant sur les niveaux sonores sont très difficilement accessibles et compréhensibles car ils relèvent d’une méthodologie spécifique au domaine du droit qu’un technicien ou un ingénieur du son n’est pas à même d’appréhender facilement. De plus, dans leur rédaction actuelle, les textes présentent des incohérences technologiques qui rendent impossibles leur usage sans une interprétation qui demande d’importants retours d’expérience. Il est par exemple spécifié dans le 98-1143 un niveau sonore de 120 dB crête en tous points accessible au public alors que cette contrainte est impossible à mettre en œuvre lors d’un concert (explication détaillée dans le III. Discussion §A). Il est donc fondamental de connaître les us et pratiques qui ne sont pas décrits dans un document mais qui font appel à une expertise des professionnels du métier.

« Comment rendre directive la diffusion des basses fréquences pour limiter l’impact sur le voisinage et concentrer l’énergie sur le public ? ».

Objectifs, questions de recherche et approche méthodologique

Les objectifs de ce mémoire s’adressent aux ingénieurs du son sonorisateurs, acousticiens, caleurs systèmes, étudiants et tous ceux qui sont confrontés à des problèmes de voisinage liés à une sonorisation. Pour ce faire, ce mémoire offre des éléments de réponse aux questions de recherche suivantes :

1. Les règlementations anciennes et nouvelles sont-elles adaptées à la protection du voisinage ?
2. Comment mesurer de façon fiable les basses fréquences pour optimiser les systèmes de diffusion au regard des problèmes de voisinage ?
3. Comment choisir la configuration de subs la plus adaptée ?
4. En pratique, quelle est la procédure à adopter pour optimiser un système vis-à-vis du voisinage ?

Méthodologie de recherche :

Nous avons dans un premier temps cherché à définir une méthode de mesure juste et reproductible dans les basses fréquences. La méthode s’appuie sur la multiplication du nombre de points de mesure pour l’obtention de moyennes énergétiques.
Dans le but d’éliminer les spécificités des subwoofers industriels, nous avons décidé de construire nos propres subwoofers, au comportement le plus simple et prévisible possible. Leur taille très compacte a permis de se rapprocher le plus possible d’une source théorique et d’obtenir les résultats les plus généraux possibles.

Nous avons également programmé un logiciel de simulation afin d’avoir une souplesse d’analyse et de pouvoir automatiser des processus de comparaison non disponibles sur les logiciels commerciaux. Ceci nous a permis de pouvoir simuler puis mesurer avec une grande flexibilité les différentes configurations que nous voulions tester. Les mesures et simulations ont été confrontées aux logiciels actuels pour s’assurer de la validité des résultats obtenus. Les configurations de subs testées s’appuient principalement sur les études de Bob McCarthy.

Après avoir optimisé les subwoofers et validé les simulations en champ libre, nous nous sommes confrontés à l’influence de la salle, nettement plus complexe.

Enfin, nous avons mis en pratique les simulations ainsi que notre méthodologie de mesure lors de situations de concerts, utilisant des systèmes de sonorisation de grande ampleur.

Le sujet n’était pas de produire des données statistiques sur la qualité perçue mais plus de donner les bases théoriques et pratiques qui permettent au praticien de garantir un résultat optimal le plus vite possible.

Nous nous sommes intéressés à des mesures quantitatives du niveau sonore afin d’estimer les performances des différentes configurations. L’information qualitative résulte plus du traitement des données permettant d’évaluer la préservation de la réponse intrinsèque du système. La frontière entre qualitatif et quantitatif n’apparait pas simplement sur les problématiques de sonorisation car tout est lié. La méthode de recherche est donc mixte.

I. Optimisation de la directivité pour la maîtrise des basses fréquences dans l’environnement.

A. Logiciel d’agencement de plusieurs subs

1. Les logiciels de simulation et leurs limites

Spécificité relative aux marques d’enceintes

Le logiciel Soundvision produit des simulations spécifiques au constructeur. Par exemple, du fait de la spécificité constructeur du SB28⁷, la simulation par le logiciel Soundvision pour ce subwoofer à 100 Hz n’est pas omnidirectionnelle. En programmant notre propre logiciel, nous voulions nous rapprocher le plus possible d’un modèle théorique, afin de faciliter la compréhension des simulations.

Nécessité d’un affichage synthétique de la directivité par fréquence

Soundvision affiche un résultat de directivité pour une fréquence donnée ou bien pour une plage de fréquence dont il fait la moyenne énergétique. Ceci ne permet donc pas d’identifier les problèmes de lobes, fondamentaux dans la maîtrise de la directivité, de façon rapide. Prenons un exemple pour une configuration de 2 subwoofers espacés de 3,40 m.

Dans la figure ci-dessus, la visualisation de 20 à 100 Hz ne présente pas de lobes de directivité tandis que les vues fréquence par fréquence font apparaître les lobes de directivité.

La nécessité d’avoir une vue synthétique des directivités pour chaque fréquence sur une seule et même image est ainsi un besoin décisif qui nous a poussé à concevoir notre propre logiciel.

Efficacité des relevés de données

Pour évaluer l’efficacité en amplitude d’une directivité, il faut mesurer les niveaux à 0°, 90° et 120° (directivité dans l’axe sur le côté et réjection à l’arrière). Sous Soundvision cela signifie que pour une configuration donnée, il faut pour chaque fréquence :

• Simuler la configuration à la fréquence mesurée
• Mesurer chaque point à la main
• Exporter les données
• recommencer le tout pour la nouvelle fréquence d’analyse.

Par exemple, pour un cardio simple, relevons 3 points à 50 Hz :

Cette procédure est beaucoup trop longue par rapport aux objectifs de notre étude.

Pour résumer, les problématiques suivantes nous ont poussés à développer ce logiciel :

• La volonté de se rapprocher du modèle théorique et de s’affranchir des spécificités fabriquant
• Le temps nécessaire à l’export des données.
• La visualisation séquentielle rend difficile la synthèse du phénomène par rapport à une visualisation instantanée des répercussions, pour chaque fréquence.
• Mettre en œuvre des concepts théoriques dans le logiciel de simulation pour mieux les appréhender, ce qui est essentiel pour pouvoir développer une capacité d’analyse des systèmes existants.
• Avoir une flexibilité totale dans le choix des éléments que l’on souhaite analyser.

2. Simulation des configurations

2.1 Méthode

i. Hypothèses préliminaires

La simulation utilise des sources considérées comme parfaitement pulsantes et omnidirectionnelles.
Le niveau de référence étant arbitraire, la directivité d’encastrement n’influe pas sur les calculs tant que la différence de distance entre la source image et la source réelle est faible (un sub unique ne voit pas sa directivité modifiée, par contre une ligne de subs verticale doit être considérée comme faisant deux fois sa longueur quand elle est posée au sol et crée un dipôle quand elle est placée en l’air à faible hauteur §I.1.2 « Source Image »). En effet, la hauteur du centre acoustique d’un caisson standard de 46 cm est d’environ 30 cm. Ce qui veut dire que le sub et sa source image se comportent comme deux subs espacés de 60 cm. Or, deux subs espacés de 60 cm ont un comportement omnidirectionnel dans la gamme des basses fréquences du sub. Comme le montre la figure ci-dessous, la simulation est omnidirectionnelle dans la gamme de fréquence qui nous intéresse (≤ 100 Hz).

Par ailleurs, l’objectif est d’avoir un raisonnement simple même si la réalité est effectivement plus compliquée. La majorité des logiciels de simulation raisonnent sans les effets de sol pour des commodités d’interprétation.

ii. Fonctionnement du logiciel

Fonctionnement du logiciel pour un cas particulier à 2 subs que l’on peut facilement généraliser.

Le résultat de la simulation est calculé en coordonnées polaires. L’ensemble des points simulés sont situés sur le cercle de rayon la distance d’observation et de centre O, centre acoustique de la configuration simulée.

Pour chaque point du cercle, on calcule les distances de parcours D1 et D2 par le théorème de Pythagore.

Puis, chaque sub émettant une impulsion, on calcule :

• L’atténuation des impulsions due à la distance de parcours du son.
• Le retard total, somme du retard physique lié à la différence de temps de parcours (D2 – D1) au point P et du retard numérique de la configuration cardioïde.
• Le décalage en échantillon correspondant au retard.
• La FFT.
• Puis, on affichage la FFT en phase et en amplitude dans deux graphiques différents.

Nous résumons dans le programme écrit en pseudo-code le déroulé de l’algorithme.

Variables utilisateur :

Distance Observation
List_Freq (liste des fréquences à analyser) Fs (fréquence d’échantillonnage)
Tps (taille de la fenêtre d’analyse)

Pour tous les angles

Pour tous les subs

Calcul de la distance de propagation du point d’analyse au sub Calcul de la distance de parcours
Calcul de l’atténuation
Niveau = -20 log10(Distance)

Calcul du retard de propagation
Retard = Distance/Célérité + Retard Source(Sub)/Célérité;
Calcul du nombre d’échantillons correspondant au retard Decalage_Echantillons = Retard * Fs

On place une impulsion décalée du retard dans la fenêtre d’analyse Impuls(Decalage_Echantillons) = Amplitude;

End

FFT = FFT (Implusions_Subs)

Data_SPL_Angle = 20 log10 (abs (FFT (List_Frequences)) (amplitude de la FFT) Data_Phase_Angle = FFT_Phase (List_Frequences) (angle de la FFT)

End

Pour tous les angles

Calcul de la phase relative entre la phase pour 0° et la phase du point recherché

Data_Phase_Angle = Valeur_O_Degrés – Data_Phase_Angle

End

Ceci nous permet d’obtenir trois graphiques différents :

• Vision surfacique de la directivité pour la fréquence de notre choix.
• Vision polaire de la directivité pour toutes les fréquences.
• Limitations liées à la phase.

Prenons l’exemple concret d’une configuration cardioïde. Calcul des distances, atténuations et retards pour P à α = 120°

Calcul D1 et D2 :

Atténuation : on prend comme référence de niveau, le niveau à 1 m et on calcule en relatif :

𝑁𝑖𝑣𝑒𝑎𝑢_𝐷1 = −20 log10(49.26) = −33.85 𝑑𝐵
𝑁𝑖𝑣𝑒𝑎𝑢_𝐷2 = −20 log10(50.74) = − 34.10𝑑𝐵

Retard dû à la distance de parcours et au retard numérique :

Ainsi au point P, les deux impulsions arrivent avec

• Impulsion du sub 1 : -33.85 dB d’atténuation et 143 ms de retard
• Impulsion du sub 2 : -34.10 dB d’atténuation et 152 ms de retard

On calcule la FFT de la somme de ces impulsions décalées de l’équivalent en échantillons de ce retard. On récupère dans une matrice les informations d’amplitude et de phase pour toutes les fréquences à ce même point P.

L’algorithme répété pour tous les points P du cercle de rayon R permet d’obtenir les courbes de directivité en fonction de la fréquence et de l’angle : il permet donc de regrouper sur un seul et même graphique l’ensemble des diagrammes polaires, pour chaque fréquence. L’objectif du logiciel de simulation était justement d’afficher le comportement pour toutes les fréquences « en un clic », et pouvoir observer en un seul coup d’œil l’apparition des lobes parasites des structures complexes.

La phase est affichée de la même façon car pour chaque point calculé la FFT donne en même temps l’information en amplitude et en phase.

Enfin, si l’on reprend le même algorithme en coordonnées cartésiennes, et en considérant une fréquence donnée, on obtient une vue surfacique proche de la vue usuelle des logiciels du commerce tels que Soundvision (cf. §ii suivant). Cette fois-ci, on calcule le résultat non pas pour les points d’un cercle autour de la configuration, mais pour toute une surface.

iii. Modélisation des configurations et comparaison avec Soundvision

Pour vérifier la validité de notre logiciel, nous avons vérifié que nos résultats étaient conformes à la théorie, puis nous les avons comparés à ceux d’un logiciel commercial comme Soundvision.⁹

iv. Configurations simulées

Focalisation sur la configuration Cardioïde

Procédure
1) Configurations cardioïdes par calage en retard

1. Nous simulons tout d’abord le cas permettant d’avoir la configuration cardioïde la plus théorique possible, c’est-à-dire un cardio dont la distance entre les sources correspond à λ/4. On appellera NATIVE cette configuration. Dans la pratique, la fréquence d’accord la plus efficace est de 50 Hz ce qui demande un espacement entre les subs de 1.7 m.
2. Les situations de la vie pratique amènent souvent à des distances entre les subs différentes de λ/4 (cardio dit non natif). Par exemple, il est fréquent que l’espacement physique existant entre la scène et le public ne permette pas de placer les subs à 1m70 de distance… Nous simulons donc dans un deuxième temps plusieurs configurations non natives en faisant varier la distance intersub entre 0 et λ/2 m. Nous en avons sélectionné 5, qui permettent d’avoir une visualisation représentative de l’évolution du comportement cardioïde en fonction de la distance entre les sources.
   2) Configurations cardioïdes par la méthode des gradients (cf. Revue de littérature C.§3)
3. Nous simulons le cas d’un cardio espacé de 0.85 m. Le sub arrière est hors phase et retardé. De la même manière que pour les cardios par calage en retard, nous simulons plusieurs gradients en faisant varier la distance entre les subs de
   0.75 m à 1.5 m.
4. Nous généralisons pour différentes distances entre les subs en suivant le tableau de Bob Mc Carthy [6].

Algorithme de construction des cardios non natifs : Quel retard numérique faut-il rentrer ?

Pour obtenir la rejection à l’arrière, les signaux sonores doivent arriver en opposition de phase à l’arrière du cardio. Ainsi, la somme des retards physique et numérique vaut λ/2 à 50 Hz à l’arrière.

Soit c la célérité du son On a :

Distance_Intersub + c / Retard_Numérique = λ/2

Ainsi :

Retard_Numérique = (1(2*50Hz) – Distance_Intersub/c)*c

Ce calcul est généralisable à n’importe quelle fréquence d’accord du cardio.

Procédure de construction des cardios par gradient

Le délai numérique à insérer correspond à la distance intersub. Dans tous les cas de figure le sub arrière est mis hors phase. Les différents cas simulés sont :

Simulation de la configuration « End Fire »

On simule un End Fire de 5 boîtes, espacées de 1.7 m chacune. Cela revient à positionner 4 cardios les uns derrière les autres.

Simulation de la ligne

1) Ligne de 4 subs répartis sur une longueur d’onde (6.8 m)
2) Ligne de 9 subs répartis sur une longueur de façon à observer l’influence de l’augmentation du nombre de sources
3) Ligne de 4 subs répartis sur une demi-longueur comme exemple de configuration à éviter…

Simulation du cardio dipolaire

Le cardio dipolaire est formé de deux ensembles cardioïdes en parallèle (cf. p88). Il est fréquent de voir apparaître cette configuration. Nous l’avons donc simulée.

Procédure d’analyse des résultats des cardios non natifs.
Pour évaluer l’efficacité d’action d’un cardio vis-à-vis de la qualité du son sur le public et du voisinage il faut définir plusieurs critères d’analyse.

L’angle d’ouverture habituellement utilisé dans les documents des fabricants n’est pas un critère adapté aux assemblages en basse fréquence à partir du moment où beaucoup de lobes de directivités apparaissent. Nous essayons de montrer par ce logiciel que ces angles d’ouverture sont variables en fonction de la fréquence, et qu’il est compliqué de pouvoir ramener ce critère 3D en 2 valeurs numériques. C’est justement l’utilité du logiciel de simulation qui permet de visualiser ce critère pour toutes les fréquences : p77-78, pour un exemple simple, l’angle de réjection n’est plus un critère valable à partir de 2 m de distance entre les subs.

La quantité de rejection à l’arrière n’est pas un critère d’analyse car sur ce modèle théorique elle est uniquement dépendante de la distance d’observation.

Distance d’observation : Nous avons calculé sous Matlab quelle était l’erreur d’évaluation en fonction de distance de mesure. L’algorithme consiste à calculer la distance à partir de laquelle les subs sont au même niveau à l’arrière. C’est une des conditions majeures pour que le son s’annule.

Nous plaçons la distance d’observation à 50 m de façon à avoir le moins d’erreur de mesure. Par ailleurs, plus la distance de mesure est grande, plus le niveau de réjection mesuré est important. Nous avons donc programmé sous Matlab les niveaux de réjection théoriques d’un cardio natif en fonction de la distance de mesure.

On observe sur les figures ci-dessous que plus l’on s’éloigne du cardio, plus la réjection est importante.

50 m est donc à la fois la distance permettant de faire un minimum d’erreur de mesure, et d’observer la réjection maximum.

Nous rappelons que tous les résultats sont interprétés en détail dans la partie discussion (III §C.)

2.2 Résultats

v. Focalisation Cardioïde

1. Cardio Natif

2. Configurations cardioïdes Non Natives

Nous expliquons de façon détaillée pour ce résultat les critères d’analyse définis dans la partie Méthodes. Par la suite, la plupart des résultats sont donnés sous forme de tableaux.

Calcul du gain à l’avant du cardio (0°)

Calcul de la largeur fréquentielle de la réjection

• Calcul de la courbe de réjection (Courbe de réponse avant – Courbe de réponse arrière) en fonction de toutes les fréquences.
• On regarde à partir de quelles fréquences autour de 50 Hz, on obtient une réjection de
  -6 dB.

Calcul de l’angle de réjection

L’angle de réjection n’est pas un critère significatif pour cette configuration. En effet, un critère prenant comme hypothèse de base que la directivité s’exprime à -6 dB n’a plus de sens, car le niveau dans l’axe est déjà 6 dB inférieur à celui produit à 90°. Le critère angulaire n’est adapté qu’à un rayonnement ne comportant qu’un lobe principal. Le système se comportant de plus en plus en rayonnement dipolaire, l’énergie sur le côté devient très importante (formation de lobes à 90°). A la fréquence de coupure de 76 Hz, on affiche le résultat surfacique pour visualiser l’apparition des lobes.

Dans les deux tableaux qui suivent, merci de lire les deux pages comme sur du A3.

Généralisation des résultats des configurations cardioïdes à retard pur

Résultats en termes d’angles de réjection (largeur de réjection). Ce critère permet de visualiser la zone de voisinage qui sera couverte par la réjection.

Dans un premier temps, nous avons calculé la courbe de répartition de l’énergie générée à 50 Hz pour tous les angles en fonction de la distance entre les subs. Ceci nous a permis d’estimer l’énergie générée pour toutes les distances intersubs.

Dans un deuxième temps, nous avons calculé à partir de la courbe précédente l’énergie relative à la réponse observée dans l’axe. On est donc en mesure de caractériser le lobe de directivité qui permet de déduire la largeur de l’angle de rejection, estimé à -6 dB.

On observe bien qu’à mesure que l’on écarte les subs le comportement devient dipolaire et il se forme des lobes sur les côtés. Le critère de largeur angulaire ne devient plus pertinent.
En revanche, en deçà de 2 m entre les subs environ, la largeur de réjection varie de 180° de couverture pour la distance intersub la plus petite (très grande largeur de réjection), à 120° pour 2 m de distance inter sub.

Résultats principaux

• Une configuration cardioïde est active sur une octave au maximum
• Diminuer la distance inter sub permet d’élargir la réjection mais au dépend de la quantité à l’avant et de la qualité du son. En effet, le gain de sommation et la fréquence de coupure de la courbe de réponse avant s’abaisse à mesure que l’on s’éloigne du natif.
• Augmenter la distance intersub entraine l’apparition de lobes sur les côtés. On ne peut plus parler de largeur angulaire de réjection. De la même manière la qualité de la réponse impulsionnelle diminue fortement.

3. Cas du cardioïde par gradient

Résultats principaux du cardioïde par gradient

• Plus de réjection sur les côtés et sur l’arrière
• À l’arrière, réjection constante quelque soit la fréquence.
• A l’avant, moins d’énergie que le cardio natif et courbe de réponse filtrée : déformation de la réponse impulsionnelle dans les très basses fréquences Par exemple, on obtient -6 dB à 35Hz sur la courbe de réponse avant. La déformation de la réponse impulsionnelle engendre une différence de timbre entre un paquet de subs en omni et le cardio ainsi réalisé. De plus, les pertes de 6 dB à 35 Hz nécessite de doubler la quantité de subs pour obtenir la même énergie sur le public.

Généralisation des résultats des configurations cardioïdes en gradient

Résultats principaux de la généralisation des résultats des configurations cardioïdes à gradients

• Réjection forte en amplitude et constante en fréquence : très intéressant d’un point de vue protection du voisinage…
• Réponse en fréquence avant : filtrage important de la courbe de réponse avec très forte perte de niveau SPL à l’avant, notamment dans l’infrabasse. La qualité du son pour le public en pâtit grandement….

vi. “End Fire”, 5 subs espacés de 50 cm

Gain à l’avant :

+13.9 dB (nous avons 5 subs donc à l’avant la somme vaut 20*log10(5) = 13.9 dB)

D’après la figure 35, la largeur angulaire de réjection vaut 180°.

Résultats principaux End Fire 5 subs espacés de 50 cm :

• Réponse Impulsionnelle dans l’axe : Parfaite
• Largeur de réjection fréquentielle : Large Bande (24 Hz à 177 Hz)
• Réponse fréquentielle à l’avant : Parfaite.
• Les zones hors phase étant très faibles en énergie, l’End Fire a l’avantage de ne pas créer de lobes de directivité très marqués quand il est additionné avec un autre système. Très directif dans le haut mais pas très directif dans le bas du spectre

vii. Ligne

1. Comparaisons pour la configuration ligne

Résultats principaux :

• Dans l’axe les courbes de réponse sont droites
• En dessous de 30 Hz le comportement est omni (mais à cette fréquence il rare de pouvoir générer beaucoup de puissance).
• Autant d’énergie à l’avant qu’à l’arrière.
• L’angle d’ouverture se resserre avec la fréquence dans le haut grave. On observe la formation d’un faisceau à mesure que la fréquence augmente. Si l’on cherche une homogénéité du son sur le public, il faut donc faire attention à la gamme de fréquence utilisée.
• Plus on augmente le nombre de HPs moins on a de lobes parasites.

2. Ligne de 9 avec une ligne de 9 derrière en cardio

Pour pallier le lobe arrière on insère une ligne cardioïde de 9 subs, derrière la ligne de 9 subs utilisée précédemment.

LIGNE de 9 couplée à un cardio en phase

Résultats principaux :

• On annule les lobes sur les côtés
• À l’arrière, il reste quelques lobes, c’est normal, le cardio n’est actif que sur une octave maximum.

3. Cardio dipolaire

• Dès que l’on dépasse l’octave autour de 50 Hz, le comportement devient extrêmement modal
• Certains paquets dont l’énergie est importante sont hors phase avec le système principal dès que l’on n’est plus dans la zone de la fréquence d’accord.
• Il est donc fondamental de n’utiliser ce système que pour des bandes passantes restreintes afin que les lobes parasites plus hauts en fréquence ne viennent pas perturber la sommation avec le système principal.

B. Mesures en « laboratoire » (hangar) et vérification des simulations

1. Méthode

1.1 Conception et fabrication d’un subwoofer adapté à l’étude des réseaux de subs

Les fabricants cherchant à se différencier les uns des autres, et ayant pour objectif d’obtenir des subs reproduisant un maximum de niveau sonore, utilisent dans la majorité des cas des configurations en « Bass reflex », afin de maximiser le niveau de pression au regard du débattement du haut-parleur. La contrainte d’une fréquence d’accord suffisamment basse pour un système Bass reflex engendre des volumes de charge¹¹ très importants. Il n’y a donc pas de subwoofer capable de générer de l’infrabasse dans des petites dimensions. En effet, la seule technologie standard qui le permette consiste à placer le haut-parleur dans un caisson clos. En effet, accorder l’évent en très basse fréquence est impossible à réaliser dans un petit volume. Le clos n’étant pas adapté à reproduire de forts niveaux sonores nécessaires pour la sonorisation, on ne trouve pas de sub très compact capable de descendre en fréquence.

Nos besoins étaient très largement différents des considérations standards : la puissance n’a pas besoin d’être importante pour effectuer les mesures, mais il était fondamental de se rapprocher d’un modèle théorique omnidirectionnel. Ceci nécessite que les dimensions physiques des subs utilisés soient les plus petites possibles afin de limiter les effets des parois.

De plus, le fait d’utiliser des modèles clos permet après égalisation de la courbe de descendre aussi bas en fréquence que nécessaire tant que le débattement limite du haut-parleur n’est pas atteint.

Nous avons donc décidé de construire les subs les plus compacts possibles, et restant omnidirectionnels jusqu’à plus de 100 Hz. Nous avons également utilisé des 38 cm à fort débattement capables de générer un spectre plat jusqu’à 20 Hz. Le modèle de HP utilisé a été conçu pour fabriquer des caissons de basse de Home Cinéma, par nature beaucoup plus compacts qu’un sub dédié à la sonorisation de forte puissance. Nous avons donc respecté les préconisations du fabricant pour la définition du volume de charge le plus adapté.

1.2 Procédure

i. Taille de la salle de mesure

Les mesures ont été effectuées dans le Hangar de menuiserie dans lequel les subs ont été fabriqués.

Dimensions de la pièce : 26m (longueur) * 15m (largeur) * 6.5m (hauteur)

ii. Procédure de mesure en lien avec les problématiques de mesure BF

1) Signal de test

Un signal de bruit rose était joué dans les subs pour la mesure des configurations car il permet le moyennage dans l’espace. Pour la mesure de la courbe de réponse du HP, nous avons utilisé un sweep.

Afin d’estimer auditivement la qualité perçue nous utilisions un « kick » filtré à 100 Hz.

Nous nous sommes également assurés d’avoir un rapport signal sur bruit de 40 dB minimum afin d’assurer la précision et la fiabilité de la mesure.

2) Paramétrage de l’analyseur

Nous avons utilisé le logiciel Spectralab pour analyser les résultats.

Taille de la FFT : 524288 samples équivalent à une résolution fréquentielle de 0.084 Hz pour la fréquence d’échantillonnage de 44100 Hz

Fenêtre de Pondération : Hamming car elle est considérée comme l’une des plus générales.

Affichage : En fonction des besoins nous avons sélectionné la bande fine pour caractériser les phénomènes acoustiques complexes, et le tiers d’octave pour des valeurs plus quantitatives. En bande fine, la résolution d’affichage était au 1/48eme d’octave.

Averaging : infinite (moyennage sur toute la durée de la mesure)

3) Système de prise de son

a. Calibration de la mesure

• Compensation de la courbe de réponse du microphone

Nous avons utilisé un microphone de référence MBC550 préalablement étalonné par le LNE (Laboratoire National d’Essai) pour calibrer mon microphone de mesure (Superlux ECM 999).

Nous avons mesuré la courbe de réponse des deux micros et nous avons appliqué dans le logiciel la compensation fréquentielle permettant que le microphone économique affiche la même courbe de réponse que le microphone de référence.

• Calibration des niveaux

À l’aide d’un calibrateur 01dB générant 94 dB SPL à 1 kHz, nous avons étalonné le logiciel de mesure afin qu’il nous affiche des niveaux cohérents avec la réalité physique. Cette étape, même si elle peut paraître superflue, est fondamentale pour analyser a posteriori les mesures et notamment dans l’estimation des perturbations liées au bruit parasite.

b. Position du microphone

Dans la zone des basses fréquences, la position du microphone est déterminante sur le résultat (par exemple si l’on se trouve dans un nœud de vibration) comme vu précédemment dans la partie revue de littérature B§2.3. Afin que les mesures soient reproductibles sans d’importants moyens tels que le multi micro, nous avons choisi la méthode de moyennage spatial. Nous avons déplacé en continu le microphone de mesure autour de sa position pendant 2 minutes, en horizontal et en vertical sur une envergure de 2/3 m. Cela était plus représentatif de ce qu’il était possible d’obtenir à partir du matériel de mesure standard.

c. Distance de mesure

Le point de repère est toujours le centre acoustique de la configuration testée.

À l’intérieur de la salle de mesure

Il était nécessaire de faire un compromis entre les 3 paramètres suivants :

• La taille du système mesuré (certaines configurations de subs peuvent s’étaler sur une dizaine de mètres) : le micro ne doit pas être trop près car l’effet de proximité des subs les plus proches fausseraient la mesure.
• La distance critique : pour avoir des mesures facilement analysables il faut placer le micro de telle sorte qu’il ne soit pas dans la zone du champ réverbéré.
• Taille de la pièce

Afin d’évaluer la distance de mesure rappelons le programme Matlab conçu dans la partie précédente, calculant la variation de l’erreur de mesure en fonction de la distance du micro pour la configuration cardioïde. La distance entre les subs est fixée à 1.7 m.

On observe que l’on a 3 dB d’erreur en se plaçant à 4 m du centre de la configuration testée. Dans un premier temps, nous avons effectué les mesures à 4 m pour voir l’impact en proximité dans une zone potentielle d’écoute. Puis, nous avons mesuré à 12 m de distance, contre le mur afin de visualiser le gain à espérer vis-à-vis des problèmes de voisinage.

A l’extérieur :

Les zones de voisinage immédiates adjacentes au Hangar ne nous ont pas permis de placer le micro à une distance très éloignée du système pour observer l’impact sur un voisinage lointain. Bien qu’étant en extérieur, nous n’étions pas en champ libre. Ainsi, les murs des habitations adjacentes ont également influencé la mesure. Ceci était très intéressant car cela permettait d’observer une situation réelle (il est rare d’être en champ libre) et de mettre en évidence les difficultés de mesure. Pour éviter l’impact des sources images, nous nous sommes placés en proximité immédiate des murs de l’atelier. Ainsi, la source image n’engendre plus de filtrage en peigne et n’engendre qu’une modification du niveau sonore, sans modifier la directivité ou la réponse en fréquence dans la gamme étudiée. Par ailleurs la courbe affichée précédemment est théorique. En pratique nous allons voir dans cette partie l’influence des murs et de la salle sur la distance de mesure.

4) Utilisation des symétries

Nous avons vérifié le caractère omnidirectionnel de nos subwoofers. Après avoir validé l’absence de directivité jusqu’à 100 Hz, le retournement des HPs pour la mesure à l’arrière n’était plus nécessaire. En effet, la courbe de directivité entre l’avant et l’arrière variait de moins de 1 dB.
Par ailleurs, pour des raisons de rapidité et surtout pour pouvoir évaluer l’impact du réglage pur à configuration identique, les mesures avant/arrière ont été effectuées en intervertissant les retards c’est-à-dire en tournant logiciellement le système de 180°.

iii. Procédure de simulation des configurations

1) Vérification du caractère omni des subs fabriqués pour ces mesures

• Courbe de réponse
  Il s’agit dans un premier temps de mesurer la courbe de réponse des subs fabriqués dans l’atelier. En effet, nous devons avoir le comportement en fréquence le plus plat possible, pour que nos simulations ne s’appliquent pas au cas particulier de nos subs mais puissent être étendues à d’autres dispositifs. Cela était possible grâce au fait qu’il n’était pas en Bass Reflex. Il avait donc un seul centre d’émission. Pour ce faire, nous avons égalisé la courbe mesurée grâce à l’égaliseur du processeur DCX2496.
• Vérification du caractère omnidirectionnel
  Du fait de sa propre taille, un sub n’est pas omnidirectionnel pour toutes les fréquences. Or, les subs conçus pour cette expérience ont justement été construits de très petit format de façon à ce qu’ils aient un minimum de directivité due à la diffraction et donc qu’ils soient nativement le plus constant possible. Afin de ne pas mesurer les réflexions nous avons décidé de mesurer la réponse en fréquence du HP à 1m50, en face, à 90° et à l’arrière. Nous nous sommes placés à l’extérieur du Hangar de façon à s’affranchir au maximum des réflexions sur les murs.
  NB : Il est important de noter que le rapport signal sur bruit est très difficile à avoir dans l’infra grave. Ceci justifie de nouveau la construction de subs dont les HP ont un débattement important, ce qui permet d’augmenter le niveau du signal généré.

2) Fréquence de réjection

Dans la plupart des configurations, nous avons choisi comme fréquence de réjection la fréquence de 50Hz, autrement dit, on « accorde » les subs à 50 Hz. En effet, c’est à cette fréquence que l’on envoie le plus d’énergie dans le sub (fréquence centrale) et donc, il est important de centrer la réjection sur cette fréquence.

3) Focalisation Cardioïde

Il est impossible de tester l’ensemble des configurations pour des raisons pratiques évidentes. Après avoir simulé dans la partie précédente les configurations essentielles pour la maîtrise de la directivité, nous nous sommes concentrés pour cette partie en laboratoire sur le cardio natif, non natif principalement et de façon moins détaillée sur l’End Fire et la Ligne.

• Cardio natif

Il s’agit d’espacer les subs d’un quart de la longueur d’onde à 50Hz (1.7m) puis de retarder le sub avant de cette distance (1.7/340) de façon à ce que l’onde se propageant à partir du sub avant annule le sub arrière en arrivant avec un décalage de la demi-longueur d’onde à 50Hz.

Cette configuration est testée en extérieur et en intérieur. Puis, nous avons effectué une moyenne des valeurs de réjection obtenues sur plusieurs configurations.

• Cardio non natif

Les configurations testées sont :
– Distance intersub = 1m70, Frejection = 40 Hz
– 2 configurations cardioïdes pour des subs espacés de 70 cm, Fréjection = 50 Hz (HP1 HP2 puis HP2 et HP3)

Nous avons utilisé une méthode empirique de calage du cardioïde non natif par l’optimisation de la réjection en faisant varier le retard manuellement.

On raisonne directement sur l’annulation en réjection. On fait jouer les deux subs sans retard et sans phase. On regarde le spectrogramme. Le retard atteint la bonne valeur lorsque l’on obtient la meilleure annulation sur la bande 40 – 63 Hz. Il est important lors d’un réglage de ce style de connaître les ordres de grandeur des retards que l’on doit trouver afin d’éviter de procéder à un calage sur un multiple de 2pi.

Dans un premier temps, on conserve la distance intersub de 1m70 et l’on essaie d’accorder le cardio à une autre fréquence. Dans un deuxième temps on modifie la distance intersub et on essaie de garder la fréquence d’accord à 50 Hz.

• End Fire
  On espace 6 subs de 50 cm, puis 70 cm et 1 m.

Exemple pour 50 cm :

On réajuste les retards à chaque fois que l’on modifie la distance entre les subs

• Ligne

6 subs collés (longueur totale de 2m50), puis 5m10, puis 7m30.

On compare les mesures dans un second temps avec un « stack¹² » de 6 subs omnis pour avoir une référence de niveaux. Pour une configuration ligne, les mesures sont toujours trop près des hauts parleurs aux vues des longueurs des lignes. On se place sur la porte ou sur le mur car c’est ce qui arrive chez les voisins.

1.3 Analyse des résultats

Pour plus de lisibilité de certains résultats, nous avons développé un programme Matlab d’affichage des analyses spectrales issues de Spectralab, en bande fine et en tiers d’octave. Pour le tiers d’octave, les données étant exportées en bande fine, nous avons réalisé la somme énergétique des valeurs mesurées par bande fine.

2. Résultats

Nous rappelons que les interprétations détaillées des résultats sont dans la partie discussion III. C§3

2.1 Mesure de la courbe de réponse du sub

i. Mesure

Avant de mesurer la courbe de réponse, nous avons mesuré le niveau bruit de fond et de bruit électrique. En moyenne le signal est 60 dB au-dessus du bruit de fond. De plus, à 2 kHz, on remarque que c’est le bruit de fond électrique qui domine. Nous avons donc augmenté le gain d’entrée du signal pour que le bruit de fond natif de la carte soit plus faible.

ii. Egalisation

On égalise les subwoofers grâce au DCX de façon à avoir une courbe de réponse plate. Les valeurs nécessaires afin de rendre la courbe de réponse la plus plate possible ont été les suivantes à titre indicatif :

L’objectif étant d’avoir une courbe plate de 20 à 200 Hz, le plus efficace a été de traiter la bosse à 68 Hz correspondant à la fréquence d’accord du caisson, en la corrigeant avec un facteur de Q large sur l’égaliseur.

Adaptation de la courbe théorique afin d’en permettre l’écoute.

Afin que les écoutes subjectives soient cohérentes avec la bande passante utilisée en standard, nous avons limité par une bande passante à 20 Hz et à 100 Hz. Le filtre à 20 Hz permettait d’éviter de casser les haut-parleurs en lui faisant prendre du débattement excessif, et le filtre à 100 Hz permettait de focaliser notre écoute sur les zones de fréquence recherchées.

Jusqu’où le sub est-t-il omnidirectionnel ?

Pour notre étude, nous avons voulu vérifier que notre sub est bien omni jusqu’à 100 Hz pour que les conclusions de nos expérimentations soient les plus générales possibles.
Après l’égalisation et le filtrage, nous avons vérifié que la valeur du bruit de fond n’avait pas d’impact sur les mesures. À titre d’information, le rapport signal sur bruit (SNR) était supérieur à 40 dB.

Lors de la manipulation, on remarque que lorsque l’on tourne l’enceinte pour effectuer la mesure à 90°, le niveau des très basses fréquences a diminué alors que 20 Hz est sensé être parfaitement omnidirectionnel. En réalité, le centre acoustique n’étant plus au niveau de la membrane du HP comme ce que l’on pourrait penser intuitivement, il est courant de mal l’estimer dans la mesure de directivité.

Il est très difficile de déterminer précisément la position du centre acoustique d’un sub. La méthode que nous avons suivie fut donc de déplacer le sub jusqu’à obtenir les mêmes niveaux de fréquences infrabasses puisque constructivement parlant, un sub est forcément omni à ces fréquences. Après décalage de quelques cm du sub nous avons pu vérifier le caractère omni du sub jusqu’à 100 Hz. On observe quelques bosses et creux par rapport aux mesures précédemment effectuées en proximité. Ceux-ci sont dus aux réflexions des murs extérieurs au hangar.

2.2 Focalisation sur la configuration cardioïde

i. Mesure du cardioïde natif

1. Cardio en extérieur

Mesure à 4 m de distance :

Le résultat en bande fine, exporté sous Matlab donne 9 dB de réjection à 50 Hz. On remarque également que la mesure devient très sensible aux réflexions des ondes sonores contre le mur qui créent des interférences et des annulations dans la courbe de réponse.

On affiche ensuite le résultat en tiers d’octave afin de pouvoir donner une valeur moyenne de la réjection autour de 50 Hz et de rendre le résultat plus lisible.

On observe que la réjection au tiers d’octave à 50 Hz est très faible : en moyenne 8 dB. C’est un exemple de difficulté de mesure. On ne place pas le micro suffisamment loin pour observer une réjection importante.

Mesure à 12 m de distance :

On observe une réjection nettement plus importante, de 19 dB à 50 Hz. Le cardio se mesure donc en champ lointain.

L’analyse en tiers donne en moyenne 12.5 dB de réjection sur le tiers d’octave à 50 Hz.

La réjection obtenue est de 12 dB. On observe que le cardio se met en place sur une plus grande distance que la distance théorique. Également, la présence des murs adjacents et des immeubles aux alentours créée un champ réverbéré qui diminue l’efficacité de la réjection.

2. Cardio en intérieur
   a. Ça ne marche pas…

On raisonne par l’absurde en créant volontairement une configuration mettant en évidence les problématiques de placement des sources sonores dans une salle.
Positionnement problématique d’une configuration cardioïde dans la salle.

Les subs sont en configuration cardioïde standard pour 50 Hz. On les place proches d’un mur de façon à créer des sources images qui vont engendrer des modifications de la directivité (filtrage en peigne…) et de mettre en évidence la nécessité de positionner correctement les sources dans la salle. On remarque en effet, une absence de différence de niveau entre l’avant et l’arrière. Il y a bien une annulation mais valable à la fois pour l’avant et pour l’arrière, alors que nous devrions observer une réjection. Le cardio ne fonctionne pas, et ce précisément à cause de la salle. Ceci souligne la difficulté de positionnement d’un système et la nécessité de mesurer l’installation.

b. Mesure à 4 m, au centre de la pièce

Lorsque le micro est positionné à l’arrière du système cardioïde, à 4 m, on mesure 15 dB de différence par rapport au niveau situé à l’avant à 50 Hz. On s’aperçoit donc que la configuration cardioïde est efficace en réjection arrière mais que son fonctionnement est limité : la mesure sur le côté à 90° ne montre que 1.5 dB d’atténuation par rapport à la mesure frontale. En termes de voisinage, cette configuration ne marche pas sur les côtés. La simulation sous Soundvision montre au contraire que sur les côtés le signal est 3 dB moins fort. La salle, et les réflexions contre les murs augmentent le niveau mesuré et l’on n’obtient pas 3 dB. Cette configuration ne fonctionne donc pas si la zone à protéger est uniquement à l’arrière.

Par ailleurs, nous avons vu dans la partie précédente que le cardio devait se mesurer en champ lointain. Ici, on obtient une forte valeur de réjection de 15 dB en champ assez proche (4 m) par rapport à la mesure en extérieur à la même distance (4 m). Cette valeur de réjection est proche de la valeur théorique.

Ceci est une illustration des sensibilités de positionnement des sources dans un lieu donné. En effet, la salle permet, pour ces positionnements de HP et pour cette configuration une réjection de 15 dB à 50 Hz cohérente avec la théorie, alors que la valeur en extérieur sensée être moins soumise aux réflexions donne une valeur inférieure.

Mettre en place une configuration cardioïde s’essaie, s’ajuste et se mesure, mais n’est ni prévisible ni mesurable de façon simple. Il existe malgré tout une part d’aléatoire due à la complexité globale du phénomène.

c. Mesure à 12 m, contre le mur

Cette mesure a été effectuée pour la configuration cardioïde à une autre position. On mesure en moyenne spatiale à 12 m.

La réjection est de 8 dB à 50 Hz alors que nous avions 15 dB à 4 m pour la position précédente. Cette différence de résultat est normale et s’explique assez facilement car la prise de mesure a été effectuée contre le mur. L’impact des résonances du local devient donc fondamental, ce qui atténue l’efficacité de la réjection.

Moyennage du résultat pour plusieurs sources

Le positionnement de la source impactant de façon non négligeable les valeurs de réjection obtenues, nous avons effectué la mesure à 12 m en multipliant le nombre de positions en configuration cardioïde pour obtenir un indice statistique permettant de mettre en avant la robustesse liée à la position dans l’espace. (6 subs espacés de 1,70 m et mesurés 2 par deux).

(Les subs sont orientés vers le haut de façon à trouver le centre acoustique plus facilement)

Nous calculons sous Matlab une valeur moyenne de la réjection et pouvons donner un ordre de grandeur valide pour cette pièce.

Moyenne des 4 mesures à 50 Hz : 8.3 dB de réjection

Écart type des 4 mesures à 50 Hz : 2.3 dB

En moyenne, on crée bien un cardio dont la réjection est de 8.3 dB à 50 Hz bien que le local soit très résonnant.

ii. Configuration cardioïde pour un écartement différent du quart de la longueur d’onde

Dans un premier temps, on conserve la distance intersub de 1m70 et l’on essaie d’accorder le cardio à une autre fréquence (40 Hz). Dans un deuxième temps, on conserve cette fois ci la fréquence d’accord à 50 Hz, et on modifie la distance intersub.

1. Cardioïde d=1m70 Frejection = 40 Hz

Pour accorder les deux subs à 40 Hz, nous avons validé par la méthode empirique que l’on retrouvait bien le calcul théorique du retard numérique.

On ajoute à la configuration précédente (1m70 de retard entre les subs) des retards par pas de 50 cm jusqu’à 3 m.

On observe en bande fine pour plus de précision sur la réjection

On observe que l’on ne parvient pas à produire la même réjection à 40 Hz qu’à 50 Hz. L’annulation se décale bien en fréquence au fur et à mesure que l’on ajoute les retards, mais on n’arrive pas à atteindre 40 Hz avec une réjection propre. On s’aperçoit donc qu’en pratique il existe une limite au changement de la fréquence de réjection pour une distance fixe. Dans cet exemple précis, au-delà d’un retard de 3 m, l’effet cardioïde n’était plus visible.

2. 2 configurations cardioïdes pour des subs espacés de 70 cm, Faccord = 50 Hz (HP1 HP2 puis HP2 et HP3)

La fréquence centrale est conservée, mais la distance entre les subs est de 70 cm. On fait varier le retard progressivement pour accorder le cardio à 50 Hz.

Dans le cas précédent l’écart était de 1,70 m, et nous n’arrivions pas à établir la réjection en faisant varier le retard. En revanche, cette configuration où l’écart entre les subs est réduit (70 cm) nous laisse penser que le fait de diminuer la distance entre les subs facilite la mise en place de la réjection. Plus les HP sont proches plus leurs courbes de réponse ont des comportements modaux similaires et plus il est facile de mettre en œuvre un cardio.

2.3 End Fire

i. End Fire 6 boîtes espacées de 50 cm On place les 6 HP espacés de 50cm de membrane à membrane.

On observe bien que la réjection n’est plus accordée à une seule fréquence mais que la réjection est très large bande. On observe en moyenne 10 dB de réjection sur l’ensemble du spectre.

Dans ce cas, il est aussi visible que la multiplication du nombre de sources a diminué le comportement modal de la réponse à l’avant. Cependant, on observe encore quelques accidents.

À l’écoute, l’effet de réjection ne fonctionne pas bien sur les côtés. A l’avant, nous nous sommes rendu compte de la difficulté d’évaluer le niveau de gravité du fait du phénomène de masquage sonore par les hautes fréquences. En revanche, à l’arrière, comme l’annulation est pleine bande mais moins forte, l’oreille a en moyenne plus de sensation sonore d’annulation.

ii. End Fire 6 boîtes espacées de 70 cm

On a en 8 dB en moyenne de réjection sur le haut du spectre (jusqu’à 200 Hz) Comparaison des courbes 50 cm et 70 cm:

PS : Par rapport aux comportements très modaux observés pour les configurations cardioïdes simples, l’End Fire à 70 cm a homogénéisé le tiers d’octave 63 Hz en multipliant le nombre de sources.

iii. End Fire 6 boites espacées de 1 m

A l’oreille, on remarque que la réjection sur les côtés (90°) est meilleure mais que le comportement devient modal. La réjection devient plus efficace dans le bas du spectre que dans le haut. 12 dB dans la zone 40/50 Hz.

Pour résumer, plus l’End Fire est long, plus la directivité augmente sur le côté. Plus le nombre de HP est important, meilleur est le comportement en haute fréquence à l’avant. Cependant, au-delà d’un écartement de 70 cm, le haut grave redevient perturbé. En pratique, en fonction des situations, on cherche à faire un compromis entre le haut et le bas de spectre. Généralement, on met un espacement de 70 cm.

2.4 Ligne de 6 subs collés sur 2m50

• Beaucoup de réjection au niveau des fréquences aiguës (attention l’export est sur une échelle plus large)

II. Validation pratique sur un concert de grande ampleur anticipé

Lors du festival « Jazz à la Villette » (31/08/2017), il s’agissait de mettre en application, sur un exemple pratique de grande ampleur, la méthodologie de mesure dans les basses fréquences au service de l’optimisation du système de diffusion vis-à-vis du voisinage.

A. Méthode

La méthode suit les étapes du tableau de synthèse en annexe.

1) Identification des «voies de propagation» (fuites acoustiques)

Une cartographie de la Grande Halle de la Villette a été effectuée ces dernières années et a montré que la toiture présente des fuites acoustiques au niveau du raccord avec les « chiens assis ». Ainsi, la première optimisation a été de modifier le rayonnement du Line Array, naturellement omni en basse fréquence, en rajoutant une ligne de caissons de basse afin de le rendre cardioïde. L’optimisation consiste donc à orienter la réjection vers le plafond, de façon à exciter cette zone le moins possible.

2) Validation des choix d’optimisation du système de diffusion par la simulation.

Une configuration a donc été étudiée pour limiter l’impact du festival sur le voisinage et donc maximiser l’isolement apparent (différence intérieur de la salle / extérieur de la salle). Nous avons simulé les configurations à l’aide du logiciel Soundvision. En effet, le matériel utilisé étant spécifique à L-Acoustics, le choix de ce logiciel était plus adapté.

3) Définition de la zone de mesure des nuisances sonores

Il faut placer le système de mesure au plus près des zones de voisinage les plus concernées par les nuisances. La cité A est située à environ 200 m de la Grande Halle, et à 90° du système de diffusion. Cet emplacement géographique correspond bien à la zone la plus impactée par le système de diffusion de la salle de concert. Les chiens assis sont aussi orientés vers cette zone.

4) Utilisation d’un dispositif de mesure conforme aux méthodes de mesure dans les basses fréquences chez les voisins.

Nous avons utilisé le système de mesure déjà mis en place par la Grande Halle à la cité A. Il s’agit d’un système multi micros permettant de mesurer les basses fréquences de façon représentative (voir détails ci-dessous)

5) Mise en place d’afficheurs de niveaux et d’un réseau de communication

Nous avons installé un réseau de communication entre la zone de mesure des émergences et la salle où se déroulait le festival, pour avoir en temps réel et simultanément, l’affichage des niveaux en salle et chez les riverains.

Puis, nous avons installé dans la salle de concert, ainsi qu’à la cité A des afficheurs de niveaux par bande.

6) Optimisation de chaque sous-groupe d’éléments de diffusion

Par la mesure, et via le réseau de communication et les afficheurs installés à l’étape 5, nous avons pu mesurer l’impact de chaque élément de diffusion par un aller et retour en temps réel

entre les émergences sur les riverains, et les réglages en salle. Il s’agissait d’optimiser l’isolement apparent pour limiter l’impact des émergences chez les voisins.

7) Mesures et interaction entre le sonorisateur et l’acousticien pendant le concert

Nous avons utilisé un analyseur en bande fine à la cité A en plus du dispositif de mesure, de façon à avoir des informations précises sur les fréquences émergentes dans le voisinage. Ceci nous a permis, pendant le concert, de donner en temps réel à l’ingénieur du son des informations précises sur les fréquences problématiques.
N’ayant pas participé aux étapes 1 et 3 du processus méthodologique, nous détaillerons les résultats des parties 2, 4, 5, 6 et 7. Voici les résultats.

B. Résultats

i. Validation des choix d’optimisation du système de diffusion par la simulation

Les optimisations envisagées par le festival ont été les suivantes :

1) Limiter l’envoi de son sur les zones présentant l’isolement le plus faible.

La tête de la façade était formée par l’ensemble cardioïde K1 Sub et VDOSC¹³ (Line Array).

La simulation sous Soundvision confirme l’efficacité de la réjection sur le plafond.

2) Limiter l’envoi de son à 90° du système dans la direction des zones de voisinage à protéger.

Le choix de la configuration en ligne a été privilégié pour rejeter à 90°. En effet, si la longueur de la ligne fait une longueur d’onde à 50 Hz, il y aura une annulation sur les côtés à cette fréquence. (cf. partie I). Cependant dans les fréquences haut grave, la ligne devient très directive et engendre un point de focalisation qui porte sur de très longues distances.

Par conséquent, il a été décidé de modifier la structure de la ligne en créant une forme de V sur les côtés et d’éviter le peigne de directivité. L’objectif est d’avoir un point focal au niveau du mixeur plutôt qu’en champ lointain.

Pour mieux illustrer l’efficacité en termes de réjection à 90°, nous avons simulé sous Soundvision sur une échelle de 500 m l’impact des subs au sol pour un niveau usuel de 108 dBC à la console. Et nous avons ensuite comparé cette simulation à l’impact qu’aurait un line Array de SB28 suspendu afin de se rendre compte de l’efficacité du système directif.

ii. Installation du dispositif de mesure

Détails de l’installation

Mesures à 200 m :

Comme vu dans la première partie, il faut multiplier le nombre de points de mesure en basse fréquence. L’installation comporte 8 microphones de mesure calibrés (MBC550) et répartis sur une longue distance en extérieur. La multiplication de nombre de sondes permet ainsi de s’affranchir des lobes de directivités crées par le système et la structure de la grande halle, et des interactions des ondes sonores avec l’environnement proche.

Les 8 microphones sont ensuite récupérés dans une carte son reliée à un ordinateur comportant un analyseur développé par David Rousseau. Celui-ci effectue la moyenne énergétique des 8 micros par tiers d’octave en appliquant des filtres passe bande à 48 dB par octave. L’analyseur affiche les résultats en tiers d’octave. Il effectue également une recherche de cohérence entre les microphones. Si l’un des microphones est perturbé (personne qui passe à côté en parlant) son signal n’est pas pris en compte dans la moyenne pour ne pas la fausser.

iii. Installation d’un réseau de communication

La surveillance des niveaux sonores ne peut se faire sans mettre au point un réseau de communication. En effet, il faut pouvoir connaître ce qui se passe au même moment en salle et au point d’observation à 200m. La connaissance de ces deux informations permet alors de mesurer l’impact d’un réglage ou d’une modification du niveau en salle sur les émergences observées dans le voisinage. Nous avons donc crée un réseau de communication permettant de connaître en temps réel ce qui se passait à la cité A et dans la salle.

Pour ce faire, le routeur à la cité A transmet les analyses de l’afficheur via le réseau en fibre jusqu’à la salle de concert « Nef Nord » de la Villette. Nous avons installé un pont wifi avec un émetteur et récepteur 5GHz de façon à pouvoir établir un réseau de communication accessible jusqu’à la console. Lors des concerts, la présence du public peut affecter la transmission des ondes wifi. Par conséquent, le pont en 5GHz permet de créer une liaison sans fil très directive et garantir sa robustesse à toute heure car l’émetteur et les récepteurs sont placés en hauteur sur des zones sans public. Nous avons disposé à la console un premier ordinateur qui relayait les mesures effectuées à la cité A en tiers d’octave. On installe également à l’intérieur de la salle, devant la console, un système de mesure relié à un deuxième ordinateur pour l’affichage des niveaux par bande d’octave (conformément à la règlementation, l’octave est choisie comme référence). Ce deuxième ordinateur est lui même relié au réseau « son ». Ainsi, les deux afficheurs de niveaux sont accessibles dans les 2 lieux (cité A et salle de concert) à tout instant.

iv. Calage système et mesures de l’impact sur le voisinage

Sans alignement temporel, toutes les optimisations pensées lors du choix de design du système de sonorisation peuvent ne pas fonctionner. En effet, les enceintes peuvent s’annuler au point d’écoute et créer une directivité catastrophique. (Ex : rayonnement de façon erratique dans toutes les directions du fait d’un mauvais alignement entre les deux lignes de subs qui s’opposent au lieu de s’additionner).

Nous avons eu la chance d’assister au calage système pendant lequel j’ai pu utiliser notre dispositif de mesure pour évaluer l’impact des réglages sur les émergences sonores à 200 m.
Nous ne détaillons pas ici les réglages du calage système mais nous vérifions, pour chaque élément l’impact sur le voisinage grâce aux micros positionnés à la cité A.

Ensemble cardioïde K1 Sub et VDOSC :

• Impact sur le voisinage

Le calage du cardioïde a été effectué pour que la sommation à l’avant soit la plus optimale possible (6 dB) et que la réjection soit orientée à l’arrière sur le plafond.

Il a également été nécessaire d’égaliser le K1 sub à 35 Hz et 70 Hz, fréquences qui résonnaient avec le plafond.

Une fois le calage effectué nous avons vérifié l’influence de l’ajout des K1 subs par rapport au VDOSC seul sur le voisinage aux bandes de fréquence 40 Hz, 50 Hz et 63 Hz.

NR : équivalent perçu en très basse fréquence

À partir de 16h42, on coupe les K1 subs et on n’observe pas de différence de niveau majeure.

Sur la durée de la mesure, la moyenne énergétique donne 63 dB à 50 Hz avant et après la coupure des K1 Subs.

Le couplage VDOSC et K1SUB permet donc une somme de 6 dB en salle dirigé sur le public et n’envoie pas plus d’énergie chez les voisins en relatif au VDOSC seul. Nous avons environ 64 dB au tiers d’octave 50 Hz.

• Homogénéité de la répartition sonore dans la salle

Le calage étant effectué au point FOH¹⁴, nous avons donc vérifié que ce réglage ne fonctionnait pas qu’en un seul point. À l’aide de bruit rose, nous avons mesuré en moyenne spatiale la courbe de réponse de l’ensemble VDosc + K1 sub sur l’ensemble de la surface. Le résultat en bande fine exporté depuis Spectralab sous Matlab donne :

On remarque qu’il n’y a pas d’accident majeur sur la courbe de réponse et que la sommation est effective sur l’ensemble de la surface. Par ailleurs, l’ajout des K1 Sub a permis d’aplatir la courbe de réponse à 50 Hz, ce qui donne une sensation de graves plus profonde.

Influence de la ligne de subs au sol :

• Impact respectif de la tête et des subs

Pour toutes les fréquences l’isolement apparent est moins bon pour les têtes. On a 4 dB de plus chez les voisins avec les têtes qu’avec les subs au sol. C’est donc la tête dans son ensemble qui crée le plus de nuisance sonore par rapport à la ligne de subs.

Le caractère écrêté de la réponse des têtes seules s’explique car le plafond est plus excité. Par conséquent il apparait plus de résonances pour les têtes que pour les subs au sol.

• Impact des KS28 sur la ligne de subs SB28

L’adjonction des KS28 ne modifie pas les émergences en relatif à ce qui est déjà produit par le SB28. La réjection sur le côté de la ligne est donc très efficace. L’agrandissement de la ligne au sol permet bien d’obtenir plus de pressions sur le public sans augmenter la gêne sur le voisinage.

v. Mesures pendant le concert

À l’aide d’une carte son et d’un ordinateur autonome en énergie, nous avons réalisé un spectrogramme mobile. Celui-ci nous a permis d’afficher en bande fine et en temps réel l’évolution des niveaux sonores sur plusieurs zones de voisinage autour de la Villette.

Observations

Quelques émergences à 87 Hz sont apparues pour plusieurs groupes. Il s’agissait donc d’une émergence du système de diffusion et non propre au mixage. Le dialogue par téléphone avec l’ingénieur système tout au long du concert a permis de demander des rectifications au niveau des fréquences qui émergeaient le plus en extérieur.

Nous avons récupéré les enregistrements de l’évolution temporelle des niveaux sonores après le concert.

On observe que l’optimisation du système a permis de respecter pour toutes les bandes sensibles (40 Hz, 50 Hz, 63 Hz) le seuil de 65 dB fixé préalablement comme objectif.

Résultats principaux

• Optimiser le système en concentrant l’énergie sur le public et limitant l’impact sur le voisinage est souvent issu d’un compromis. Dans notre cas pratique, les éléments du système de diffusion qui émergent le plus sont le grave des têtes. Le calleur système, en coopération avec l’ingénieur système ont donc essayé de limiter le plus possible l’usage du grave des têtes pour le répartir plus sur les subs. Or, très vite, si l’on diminue de façon trop importante la quantité de grave dans les têtes, la diffusion devient très focalisée (l’aigu est très localisé sur les têtes et le grave tout en bas au sol). Il a donc fallu faire un compromis entre efficacité et qualité.
• S’il faut parfois faire un compromis, l’optimisation du système pour le voisinage permet dans d’autres cas d’augmenter significativement la qualité du son pour le public. Pour ce cas particulier, la création d’un cardio au niveau des têtes de diffusion permet de gagner 6 dB sur le public, d’obtenir un grave plus rond (courbe de réponse qui redevient presque plate) sans modifier le niveau d’émergence à l’extérieur. De même l’ensemble KS28 et SB28 rajoute 6 dB sur le public sans rajouter d’émergence.
• C’est avant tout le dialogue avec le sonorisateur qui permet d’arriver au meilleur des compromis. Le contrôle des niveaux sonores est souvent perçu comme contraignant et bridant. Lorsqu’un dialogue constructif est mis en place avec l’acousticien, tout le monde peut trouver un compromis avantageux pour le public et les voisins en même temps. Dans notre cas pratique c’est grâce à l’étude sur les émergences que le sonorisateur peut gagner 6 dB sur le public sans craindre d’augmenter les nuisances sonores. Il est donc important d’arriver en amont des balances de façon à pouvoir optimiser la répartition des subs et le calage système. Puis, pendant le concert, la mise en place d’un réseau de communication Wifi permettent au sonorisateur de connaitre en temps réel les bandes de fréquences concernées par les émergences. De même pour l’acousticien qui a également accès aux informations de la salle et de l’extérieur et qui peut en même temps contrôler les niveaux en bande fine. L’affichage en bande fine donne des informations extrêmement précises sur les fréquences à traiter (valeur en Hz de la fréquence, niveau et largeur de l’égalisation). L’ajustement effectué par l’ingénieur système est donc spécifique à une fréquence et non à la bande de fréquence concernée, ce qui optimise la qualité du son pour le public. Dans ce cas précis, cela réduit les résonnances sur le plafond tout en ayant un impact très limité sur la qualité du son sur le public.
• C’est donc possible de gagner du niveau dans les salles. 10 dB dans une salle de jauge moyenne, et dans ce cas précis très optimisé 20 dB comparé au système non optimisé

III. Discussion

A. Les règlementations anciennes et nouvelles sont-elles adaptées à la protection du voisinage ?

Les musiques actuelles ont fortement évolué ces dernières années et aux vues des puissances mises en jeu la protection auditive du public et du voisinage sont devenues primordiales. Si la protection auditive du public n’est pas le sujet direct du mémoire, il est important de comprendre que ces décrets traitent aussi bien de la santé du public que des nuisances sur le voisinage. Nous donnons tout de même un bref rappel du contexte, essentiel à la compréhension du nouveau décret.

Depuis plusieurs années, le HCSP (Haut Conseil de la Santé Publique) alerte sur les niveaux en basses fréquences auxquels le public est exposé. Dans le rapport « Expositions aux niveaux sonores élevés de la musique : recommandations sur les niveaux acceptables de septembre 2013 » [26], on peut lire : « Les bruits d’exposition riches en basses fréquences engendrent non seulement des atteintes auditives localisées à des fréquences basses mais aussi dans la plage des fréquences conversationnelles […]. Si l’encoche sur la bande de fréquence de 6000 Hz est fréquente sur les sujets exposés au bruit, les pertes auditives mises en évidence sur les fréquences graves constituent un phénomène nouveau, et résultent très probablement des niveaux sonores excessivement élevés dans les basses fréquences ».

Plusieurs études ont en effet observé depuis longtemps que les basses fréquences à très forte intensité pouvaient induire des surdités permanentes mais sur des fréquences moyennes éloignées de plusieurs octaves. Pour citer quelques exemples fournis par le HCSP :

• Jerger et al. (1966) ont observé chez dix-neuf sujets humains qu’une exposition à 22 Hz à des niveaux de 119 – 144 dB SPL, soit 69 – 94 dB A, provoquait une perte de 10 à 22 dB de 3 000 à 8 000 Hz.
• Patterson et al. (1977) observent chez des sujets humains qu’une bande d’octave centrée sur 63 Hz et d’un niveau de 120 dB A pendant quatre heures produit des pertes maximales vers 1 000 – 3 000 Hz.

Ces études ont mis en évidence la nécessité de prendre en compte l’impact sanitaire sur l’audition du public des niveaux sonores élevés dans les basses fréquences. L’ancienne règlementation n’était pas appliquée sur tous les critères pour les raisons que nous allons exposer ci-dessous et le rapport du Haut Conseil de la Santé Publique a conduit à l’écriture d’un nouveau décret le 7 août 2017.

1. Problèmes suscités par l’ancien décret 98-1143

La réglementation qui était en vigueur (décret 98-1143) imposait un niveau de pression acoustique limité à 105 dBA sur 10 à 15 minutes ainsi qu’un niveau de 120 dB crête.

Niveau moyen

Tout d’abord, le niveau sonore continu équivalent pondéré A n’est pas adapté pour prendre en compte les effets du bruit à des niveaux élevés dans les basses fréquences (cf. Revue de littérature §B.2.2 i. Pondérations et perception des basses fréquences par l’oreille humaine) Du fait de l’augmentation des niveaux sonores comprenant une très forte contribution de l’énergie sonore dans les basses fréquences (faiblement pondérée dans les mesures règlementaires actuelles utilisant la pondération en dBA) et des effets sanitaires suspectés dus aux basses fréquences, il fallait élargir le champ d’application de l’ancien décret et utiliser la pondération en dBC. Le dBC est apparu comme un moyen simple pour la limitation en basse fréquence.

Niveau crête

« Un niveau crête à 120 dB était systématiquement dépassée alors que le niveau équivalent en continu de 105 dBA était respecté. » (HCSP, 2013, [26])

Le niveau crête « […] représente le niveau de pression acoustique maximal mesuré sur un intervalle de temps très court de l’ordre de quelques millisecondes. Cet indicateur permet de caractériser les bruits impulsionnels notamment ceux générés par les instruments tels que la batterie »¹⁶. L’indicateur LAeq,t en tant que moyenne énergétique, gomme les pics d’amplitude de courte durée observés durant la période considérée. Un niveau à 105 dBA correspond plutôt à un niveau crête de 137 dB … Pour donner un ordre de grandeur, dans la figure ci-dessous, voici un relevé d’un sonomètre placé à la console, située à 60 m des premiers subs, lors d’un festival en plein air. Pour un niveau moyen de 99,7 dBA, on a 132,9 dB crête donc, pour 105 dBA on obtient environ 137 dB Crète.

Par ailleurs, dans les petites salles, il est beaucoup plus difficile de gérer les limitations de pression acoustique. En effet, du fait de la proximité du public par rapport à la scène et le niveau important de champ réverbéré dans la pièce, le niveau de 102 dBA est systématiquement dépassé pour les premiers rangs avant même de mettre en route le système de sonorisation ! Une batterie à elle seule peut atteindre 105 dBA sur plusieurs secondes sans sonorisation.

Fréquences prises en compte par le décret et problèmes de voisinage

Le décret 98-1143 ainsi que le décret de 2006 ne prévoient des limitations que pour les bandes d’octave à partir de 125 Hz. Or les musiques électroniques et actuelles concentrent l’énergie dans l’octave 63 Hz qui n’est pas prise en compte dans la règlementation. Ces fréquences sont justement les fréquences les plus polluantes pour les riverains.

Voici ci-dessous un schéma simplificateur résumant la plupart du temps le résultat de l’étude d’impact d’un établissement diffusant de la musique amplifiée. Il met en évidence que les basses fréquences qui sont les plus fortes en salle sont les moins bien isolées. Il y a donc une contradiction entre les besoins et la nature des matériaux utilisés.

Dans la partie Revue de littérature §4, Lafont insiste sur la difficulté d’isoler les basses fréquences. L’ensemble formé par une plaque de BA13 et un mur lourd en parpaing creux est utilisé dans la grande majorité des habitations. « Par exemple, une cloison en BA13 disposant d’un plénum de 10 cm rempli de laine de verre, résonne à 63 Hz. Adossée à un mur en parpaing creux de 20 cm, le doublage sensé améliorer l’isolement, le dégrade de 7 décibels […]». (Lafont, [15])

Si l’on reprend plus précisément cet exemple :

A 63 Hz, la cloison en BA 13 résonne et se comporte comme un système masse-ressort. Ainsi, si l’on veut diminuer la fréquence de résonance pour améliorer l’isolement à 63 Hz, il faut soit augmenter la masse surfacique de la cloison, soit augmenter l’espace d’air entre le mur et la cloison. Mettre un grand espace entre les deux parois engendre une très forte perte de place, et augmenter significativement la masse surfacique provoque des problèmes structurels importants (modification des fondations du bâtiment souvent nécessaire). L’absence de règlementation pour la bande de fréquence 63 Hz est donc particulièrement problématique en termes de protection du voisinage… Pourquoi n’est elle pas prise en compte ? Comme montré dans la partie « problématiques de mesures dans les basses fréquences », ces fréquences sont difficilement mesurables. L’erreur de mesure dans les basses fréquences peut aller jusqu’à 24 dB à 63 Hz si l’on cumule les erreurs de mesure à l’émission et à la réception. La solution la plus simple pour pallier à ces erreurs consiste à utiliser des moyennes spatiales mais à l’heure actuelle il n’existe pas de norme qui décrive une manière simple de mesurer les basses fréquences.

Nous rappelons aussi l’importance des impacts sur la santé suite à l’exposition à des nuisances importantes et régulières. Les basses fréquences dans l’environnement peuvent entrainer des perturbations du sommeil, des dépressions, et bon nombre d’autres effets secondaires (cf. Revue de littérature, §effets sur la santé). « Certains plaignants, à bout de souffle, en larmes ou au bord de la crise de nerfs, sont d’autant plus désemparés qu’ils ont entrepris pour la plupart de nombreuses démarches mais en vain.» (CIDB, [3])

Étude d’impact et pose du limiteur de niveau

Comme beaucoup de salles de concert sont dans des bâtiments historiques, elles n’ont pas été conçues pour isoler les infrabasses des musiques actuelles. La seule solution pour isoler en infrabasses est d’utiliser des structures lourdes totalement découplées dont la masse surfacique est d’environ 500 kg/m².¹⁷ Les solutions constructives étant très couteuses voire structurellement impossibles, le premier paramètre à améliorer consiste à positionner et à rendre directif quand cela est possible le système de sonorisation. En dernière limite, quand toutes les autres voies ont été optimisées, la règlementation impose la mise en place d’un limiteur de pression acoustique¹⁸, pour garantir la tranquillité du voisinage et protéger l’audition du public. Quelles sont les problématiques associées à cette solution ?

• Pour les grandes salles de concert, le sonorisateur utilise souvent plusieurs sorties de console de façon à pouvoir régler séparément le niveau des front fills¹⁹, de la façade, des subs, … Or les limiteurs n’agissent que sur deux entrées, ce qui le rend incompatible avec les grosses structures.
• Les applaudissements générant un niveau supérieur à la réglementation, ils déclencheront inéluctablement le limiteur et ce, indépendamment des niveaux de diffusion en salle.
• Les limiteurs normalisés correspondant à la norme NF31-122 (AFNOR 2003, ICS : 17.140.01) et actuellement disponibles utilisent une technologie VCA (contrôle de gain automatique) qui ne savent réagir qu’après la perturbation. Cette action postperturbation engendre donc deux problèmes majeurs : les crêtes ne sont pas atténuées instantanément et le gain à l’instant t est maîtrisé par son passé. Par conséquent, sur des musiques dont la dynamique n’est pas constante (live), il apparait des effets de pompage très problématiques à l’usage. Malheureusement seuls les limiteurs à action multi bandes et à traitement instantané de la dynamique peuvent être adaptés au live. Il n’existe cependant pas sur le marché de limiteurs exerçant ces fonctions, et seuls des limiteurs sur mesure permettent de les réaliser. De plus, la plupart des limiteurs du commerce se contentent de moduler le niveau global en fonction des mesures de niveau par bande. L’utilisation de structures plus complexes telles que de vrais limiteurs multi bandes associées a des enregistreurs homologués, ne sera possible que lorsque la nouvelle norme NF31-122 (janvier 2017) sera mise en application (limiteurs de type classe 3)²⁰. La solution physique consiste à séparer le signal par bandes de fréquences, et traiter la dynamique séparément. Dans un deuxième temps, on recompose le signal en passant préalablement chacune des bandes dans des filtres permettant d’éliminer la distorsion créée par la limitation brute et de remettre en phase toutes les bandes.²¹
• Enfin, si l’isolement est insuffisant en basse fréquence, le niveau sonore ne permet pas d’exploiter le lieu, ce qui rend l’usage du limiteur incompatible avec l’exploitation. Plutôt que de mettre un limiteur qui rendrait le lieu impropre à sa destination finale, il convient donc de chercher une solution dans le système de diffusion, par la maîtrise de sa directivité, lorsque cela est possible.

Conclusion sur les points problématiques du décret 98-1143

En raison du coût et des impossibilités structurelles de réaliser des travaux dans certains bâtiments pour s’affranchir des infrabasses, bon nombre de salles ne peuvent pas respecter la règlementation. Certains exploitants ont réalisé des travaux d’isolation mais sont encore confrontés aux problèmes de voisinage. Outre l’impossibilité de produire un concert avec 120 dB crête, les fréquences infrabasses (notamment à 63 Hz) ne sont pas prises en compte alors qu’elles traversent toutes les structures et constituent la gêne principale pour les riverains. Par ailleurs, la pose du limiteur est souvent insuffisante à la protection des riverains, et les travaux sont très onéreux. L’optimisation des installations de sonorisation par la création de directivité dans les basses fréquences est donc dans ce contexte fondamentale pour que les salles puissent continuer leur activité sereinement. Le limiteur ne peut pas être une solution unique. Elle doit être pensée avec une optimisation du système de diffusion.

Du fait de l’augmentation de l’énergie sonore dans les basses fréquences et des effets sanitaires suspectés, un nouveau décret est paru tout récemment en août 2017. Il étend le champ d’application du 98-1143 de diffusion en lieu clos à la diffusion en plein air et intègre des spécificités de niveaux à ne pas dépasser pour les enfants.

2. Le nouveau décret 2017-1244

En partant de l’analyse du décret dans la revue de littérature, nous mettons en évidence les difficultés d’exploitation d’une règlementation à 102 dBA et 118 dBC en tous points accessible au public, estimés sur une moyenne de 15 minutes.

Ce décret a été conçu dans l’objectif de protéger le public lors des concerts les plus critiques en termes de niveau sonore en basse fréquence, par exemple les concerts de musique électronique en plein air. Dans les festivals ou dans les discothèques, la musique est souvent très compressée, sa diffusion s’effectue avec de très forts niveaux en basse fréquence, et sur des durées très importantes. Si la baisse de niveau est primordiale, il faut cependant qu’elle reste dans des proportions exploitables. Sur le schéma et les calculs ci-dessous, on raisonne en niveau de pression. Le temps n’intervient pas dans les calculs. Le but de ces figures est de montrer les problèmes d’homogénéité des niveaux sonores. Ces calculs sont vrais pour des simulations en champ libre, dans des cas tels que les festivals de plein air.

Dans une configuration standard, l’obligation de respecter un niveau sonore de 118 dBC en tous points accessible au public, engendre soit de placer des barrières de sécurité à une très grande distance de la scène soit d’accrocher les caissons quand cela est possible, malgré tous les effets négatifs sur le voisinage que cela va engendrer.

Voici ci-dessous l’explication détaillée de ces implications.

2.1 Illustration des impossibilités difficultés techniques de mise en œuvre

i. Cas des subs au sol

Positionnons un subwoofer à 20 m de la console de mixage. En général les barrières se placent à environ 2 m des subs. Quel est donc le niveau sonore mesuré au point mixeur? Nous effectuons les calculs en champ libre, ce qui correspond au cas pratique d’un festival en plein air.

Calculons l’atténuation du niveau sonore due à la distance parcourue par le son pour les deux points de référence : la barrière et le point mixeur. Comme pour la programmation du logiciel de simulation, tout est basé sur un niveau relatif dont la référence est à 1 m du sub.

Atténuation_barrière = 20 * log10(Distance_Barrière)
= 20*log10(2)

Atténuation_mixeur = 20 * log10(Distance_Mixeur)

= 20*log10(20)

Atténuation_relative = Atténuation_barrière – Atténuation_mixeur
= 20 dB

Ainsi,

Niveau_mixeur = Niveau_Barrière – Attenuation_relative = 98 dBC

Pour le calcul en dBA, le rayonnement n’étant pas omnidirectionnel, la loi de propagation n’est pas simple. Nous avons donc utilisé Soundvision afin de simuler l’homogénéité créée par un Line Array en hauteur.

En respectant le nouveau niveau règlementaire de 102 dBA et en accrochant à 10 m de haut les Line Array, on obtient 98 dBA au niveau de la console de mixage, soit seulement 4 dB de différence avec le niveau le plus exposé. Dans une configuration standard, il y a donc une différence d’homogénéité de 16 dB entre le dBA et le dBC lorsque les subs sont posés au sol. La perte liée à la propagation sphérique des basses engendre une très grande différence de balance tonale²² entre les personnes à proximité des subs et le point moyen sur le public. Le respect des niveaux règlementaires engendre donc des niveaux équivalents en dBC et dBA (98 dBC et 98 dBA à la console), ce qui musicalement parlant, est perçu comme un son très agressif.

Actuellement, il est courant de mesurer plus de 118 dBC à la console. S’il est effectivement important de diminuer les niveaux sonores maximums actuellement générés sur le public, il est en revanche compliqué d’imposer une baisse de 20 dB au sonorisateur. C’est un saut beaucoup trop important pour qu’il soit physiquement réalisable et applicable.

Comme démontré dans l’exemple précédent, s’il est aujourd’hui courant d’obtenir une homogénéité correcte du dBA sur tout le public, en utilisant le système en ligne source Line Array, il est par contre quasiment impossible d’avoir le même résultat pour le dBC en laissant les subs au sol. Le dBC étant essentiellement constitué dans les musiques actuelles par les basses fréquences générées par les caissons de basse, il est donc nécessaire d’éloigner les subs du public. L’accroche en hauteur devient donc obligatoire.

ii. Cas des subs en hauteur

L’usage montre qu’un niveau de concert perçu comme minimaliste demande des niveaux sonores de l’ordre de 96 dBA sur l’ensemble du public. Positionnons la console à 50 m (cas usuel dans un festival de grande ampleur). Il faut accrocher les subs à 14 m de haut pour respecter 118 dBC en tous points accessibles au public. Accrocher des subs à 14 m de hauteur est la plupart du temps physiquement impossible.

Nous détaillons le calcul de la hauteur d’accroche pour une distance de barrière usuelle à 2 m et un niveau à la console de 96 dBA. On prend comme valeur de balance tonale 10 dB ce qui correspond à un cas pratique usuel.

Vous trouverez ci-dessous un abaque permettant de voir la hauteur du sub nécessaire en fonction de la distance avec les barrières pour 99 dBA à la console et 50 m de distance entre les subs et le mixeur.

Nous concluons qu’en utilisant qu’un petit stack omni de subs le décret n’est pas applicable, car soit la hauteur d’accroche des subs est trop importante, soit la distance des barrières de sécurité est trop importante.

Afin d’essayer de diminuer la hauteur d’accroche, essayons d’utiliser deux stacks en hauteur (subs stéréo) espacés de 16 m. On obtient donc +6 dB sur la ligne centrale, et moins de niveau en dessous de chaque sub en relatif au sub seul suspendu. On aperçoit ci-dessous d’importants phénomènes constructifs et destructifs entraînant une grande perte de qualité sonore sur le public.

Une des solutions consiste à suspendre des grandes lignes de subs comme l’exemple ci-dessous, des End Fire, ou des arcs subs²³. Dans ce tableau, il faut suspendre 14 K1 Subs à 10 m pour obtenir une couverture homogène.

Nous arrivons donc à la conclusion que ce système coûte excessivement cher car il nécessite beaucoup d’enceintes et des structures d’accroche complexes.

Outre la difficulté technologique d’accrocher les subs, si l’on considère le point de vue scénographique, la taille des subwoofers est incompatible avec la visibilité minimale nécessaire pour le public.

Ce raisonnement s’applique également dans le cas d’une salle. Même si les modes de résonance contribuent à rendre le système plus homogène, il sera tout de même nécessaire d’accrocher les subs en hauteur pour respecter le nouveau décret. La proximité avec le plafond risque d’augmenter très fortement les nuisances sonores chez les riverains.

2.2 Impossibilité d’effectuer les mesures de niveau max dans le public

La réglementation imposant 118 dBC en tous points accessibles au public il faut donc effectuer la mesure de niveau au point le plus fort se situant généralement dans la fosse où le public est le plus énergique. Effectuer des mesures avec un sonomètre par nature fragile et coûteux au milieu d’une foule déchaînée parait donc extrêmement difficile.

2.3 Nécessité d’effectuer des mesures en plusieurs points impossibles avec le matériel existant

La majorité des systèmes de sonorisation de grande ampleur utilisant des subs séparés nécessitent un point de mesure physiquement différent pour le dBA et pour le dBC. Le niveau maximum en dBC sera mesuré en proximité des subs. En effet, à cet emplacement, les subs généralement accordés en passe bande à 63 Hz avec une pente de 24 dB par octave, la courbe de réponse de la mesure en dBC reproduit la courbe de réponse du sub. La mesure en dBC devient donc homogène avec la mesure en basse fréquence. À cette position, le Line Array est extrêmement directif et son maximum est situé plus loin. Le niveau maximum en dBA sera mesuré dans le champ direct des enceintes médium aigues ou au niveau du point central de sommation. Il y a donc des cas où il sera nécessaire d’utiliser un système composé au minimum de 2 microphones afin de surveiller respectivement le dBA et le dBC.

Actuellement, seuls des limiteurs sur mesure sont susceptibles d’effectuer ces mesures en multipoints mais il n’existe pas de systèmes commerciaux standards adaptés à cette contrainte.

2.4 Influence de la scène et du public sur le respect des niveaux en tous points

Les instruments sur scène émettent à eux seuls des niveaux sonores supérieurs à 102 dBA. Par conséquent, un limiteur dont le microphone de mesure sera placé au devant de la scène zone typique du maximum d’émission sonore, sera entièrement maîtrisé par le niveau sonore sur scène.

De plus, l’influence du public (cris, applaudissements…) est très souvent largement supérieure à 102 dBA.

De même que pour le précédent décret, on aura donc entre l’impact de la scène et le bruit du public un limiteur donc le comportement n’est plus relié au niveau de diffusion en salle.

Le niveau de scène et le public court-circuitant le niveau généré par le système de sonorisation, le limiteur se mettra en défaut et coupera le son du système de sonorisation.

3. Synthèse

Si le 120 dB crête dont l’objectif était de protéger le public dans les basses fréquences n’a jamais pu être appliqué, il est important de comprendre que le nouveau critère de 118 dBC en tous points ne sera pas non plus compatible avec la réalisation d’un concert sans de coûteux aménagements. Il risque donc comme le précédent, de ne pas être respecté, et ce au détriment de la protection du public. Cela serait particulièrement dommageable car il est urgent de limiter les niveaux sonores actuels.

Malheureusement, la protection du public qui nécessite l’accroche des subs en hauteur, risque de se faire au détriment de celle du voisinage car le 63 Hz n’est pas pris en compte dans la règlementation. Par ailleurs, une baisse aussi importante du dBC risque de réserver certaines pratiques musicales à des concerts de très grande ampleur, ce qui est dommage vis-à-vis de la diversité culturelle.

L’objet des questions de recherche suivantes se concentrent sur l’optimisation par la directivité des systèmes de diffusion. Une des problématiques majeures dans l’optimisation des systèmes consiste à les caractériser. Il est donc fondamental de commencer par définir des méthodes de mesure permettant de caractériser réellement les performances des systèmes de diffusion.

B. Comment mesurer de façon fiable les basses fréquences pour optimiser les systèmes de diffusion au regard des problèmes de voisinage ?

1. Méthodes de mesure

Synthèse sur les méthodes de mesure :

Techniques de mesure en moyenne spatiale et temporelle :

Les basses étant modales il faut faire plusieurs points de mesure. 3 solutions se présentent :

• Soit on se déplace dans la pièce en faisant une moyenne Leq pendant 2 min
• Soit on mesure plusieurs points discrets pendant au moins 30s et on en fait une moyenne statistique
• Soit on utilise la technique multi micros en sweep

Méthode de mesure de niveaux sonores :

• Cas simple où l’on a beaucoup d’émergence : on mesure en bruit rose avec un sonomètre en se déplaçant dans l’espace pendant minimum 2 minutes.
• Cas où l’émergence n’est pas suffisante : l’usage d’un échantillonnage de musique permet de générer des niveaux plus forts.
• Cas extrême (très peu d’émergence) : les mesures en sweep permettent de gagner jusqu’à 34 dB de rapport signal / bruit en mesurant en plusieurs points ou en utilisant un système multi micros.
• Il est aussi fréquent de pouvoir utiliser un échantillonnage de musique, par exemple plusieurs répétitions pour pouvoir faire les mesures d’isolement. Cela permet de faire l’étude d’impact en interférent un minimum avec la mise du système de sonorisation.

Spécificités des techniques d’optimisation du système :

• Utiliser les techniques de calage temporel pour mettre en phase le système de diffusion.
• Ne pas oublier la distance de mesure. Les configurations cardioïdes s’optimisent à grande distance. Il faut placer le micro de mesure au lointain.
• Mesurer l’impact de chaque élément du système de diffusion séparément, en bande fine chez le voisin, puis l’impact de l’ensemble. Hiérarchiser les impacts de chacune des boîtes.
• Mettre en place un retour en temps réel des mesures d’émergence sur le voisinage.

Spécificités des mesures chez les voisins :

Pour bien choisir les endroits où l’on mesure les émergences. Il faut se baser sur :

• La directivité du système.
• Le choix de l’emplacement présentant le bruit de fond le plus constant possible et une émergence significative (supérieure à 15 dB ou 20 dB pour toutes les bandes de fréquence où l’on souhaite imposer une limitation).
• Privilégier les architectures défavorisantes (habitations hautes et grandes surfaces réfléchissantes) qui amplifient naturellement le son.
• Se méfier des impacts des conditions atmosphériques (vent) : faire particulièrement attention aux rafales de vents. Faire des moyennes statistiques.
• Lors des concerts, utiliser un analyseur en bande fine pour connaitre précisément les bandes de fréquences qui posent problème et pouvoir faire un retour en temps réel à l’ingénieur système. Il est pratique de fonctionner par fonction de transfert afin de pouvoir faire la mesure au droit des fenêtres des riverains et non à l’intérieur des bâtiments afin d’éviter tout dérangement.
• Ne pas oublier de faire une moyenne spatiale. Insistons encore une fois, les basses se mesurent toujours en plusieurs points.

2. Tableau récapitulatif

C. Comment choisir la configuration de subs la plus adaptée ?

1. Tableau de synthèse sur la configuration cardioïde

Nous synthétisons l’ensemble des résultats sur la configuration cardioïde dans le tableau ci-dessous.

2. Tableaux de synthèse généraux

Sur le tableau et les courbes ci-dessous, on peut voir que seul l’End Fire est constant en fréquence et permet une sommation parfaite. 50 Hz 70 Hz 100 Hz.

Bilan des résultats fondamentaux

• Seules les configurations où le retard compense la distance physique à l’avant permettent de garantir que dans l’axe toutes les réponses impulsionnelles seront parfaitement synchronisées dans le temps et qu’il n’y aura donc pas de déformation de timbre.
• Plus on a de subs moins on a de lobes
• Un cardio avec les deux HPs en phase ne peut pas être utilisé sur plus large qu’une octave. Il faut donc utiliser un preset d’enceinte qui coupe le plus bas possible.
• Le gradient procure de très fortes réjections sur une très large bande passante, mais a l’inconvénient d’engendrer des distorsions de la réponse impulsionnelle.
• Dans le cas où la bande passante du sub se limite à une octave et où l’on ne veut aucune déformation de la réponse impulsionnelle, il faut utiliser un cardio natif. Si l’on cherche à maximiser la réjection pour toutes les fréquences, l’emploi du gradient est plus efficace au détriment de la qualité du son à l’avant. L’End Fire, lorsque son encombrement est admissible, il cumule bonne sommation, réjection large bande, et qualité de la réponse impulsionnelle.

3. Interprétation des résultats des mesures dans le hangar

Les mesures en laboratoire nous ont permis de vérifier les résultats fournis par les simulations informatiques. Par ailleurs, cette expérience a surtout permis de mettre en évidence un critère d’analyse supplémentaire spécifique à la robustesse de chaque configuration vis-à-vis des interactions avec une pièce.

• Configuration cardioïde : OUI, le cardio marche dans une pièce !

Un cardio se mesure en champ lointain et moyenné dans l’espace ! Il faut trouver un compromis entre la distance permettant au cardio de se mettre en place et rester dans le champ direct prédominant vis-à-vis du champ réverbéré.

Il faut trouver un compromis entre la qualité de la réponse impulsionnelle et la réponse modale de la pièce. La configuration cardioïde accordé à λ/4 sonne mieux mais est plus assujettie aux modes de résonnance de la pièce. En effet, la distance entre les sources de 1m70 augmente les chances d’exciter différents modes dans la pièce. Nous avons remarqué que les hauts parleurs sont assujettis à une réponse modale dans la pièce qui varie en fonction de leur position. Ils n’ont donc ni la même courbe de réponse ni la même courbe de phase. Il est important pour créer un cardioïde que les deux HPs excitent les mêmes modes, qu’ils aient la même énergie et que la phase soit bien inversée au point de réjection arrière. Le comportement modal de la pièce pourrait donc être un des phénomènes fondamentaux expliquant la complexité de mise en œuvre des cardioïdes en salle.

Lorsque l’on combat les modes il faut essayer de les contrer : il existe différents types de position et différents types de cardio. Rapprocher les subs offre plus de possibilités et permet d’obtenir plus facilement une réjection mais cette facilité se paie au prix d’une moins bonne sommation en puissance ainsi qu’une réponse impulsionnelle déformée. Parfois, il vaut mieux mettre une distance plus petite et créer la directivité.

La mesure permet de se rendre compte de ces difficultés, c’est un compromis à trouver. Il faut ajuster en fonction des lieux

• End Fire
  • Il permet bien d’augmenter la largeur fréquentielle de la bande de réjection
  • Il est moins assujetti aux phénomènes de modes de la pièce
  • Il permet quand il est relativement long de maîtriser l’énergie sur le côté
  • Il a par contre l’inconvénient majeur d’être difficile à mettre en œuvre de par ses dimensions physiques.
• La ligne
  • Très directive sur les côtés

Bilan : Comment faire quand la pièce est difficile ?

• Si le cardio espacé de λ/4 ne marche ne pas ou s’il n’est pas mécaniquement implémentable : il faut trouver une configuration les subs s’annulent à l’arrière mais qui ne soit pas trop mauvaise à l’avant. Rapprocher les subs offre plus de possibilités et permet d’obtenir plus facilement une réjection mais cette facilité se paie au prix d’une moins bonne sommation.
• Si le système veut avoir une fréquence de coupure plus élevée, le cardioïde n’est plus adapté et il faut absolument utiliser un End Fire ou un système en gradient malgré la déformation de la réponse impulsionnelle qu’ils engendrent.
• Plus on augmente le nombre de sources, plus le système de diffusion peut imposer son front d’onde, et être moins sujet aux modes de résonance de la salle. Par ailleurs, une fois de plus, le fait d’avoir construit des subs de petite taille facilite le système à s’affranchir de la salle.

Dans la réalité, il est souvent difficile de multiplier le nombre de sources. Si tel est le cas, par exemple si l’on a que deux subs, quelles seraient les solutions ?

L’égalisation et les niveaux peuvent permettre de gagner en réjection arrière. La méthode consiste à obtenir l’annulation en égalisant les HPs et en modulant le gain, de telle sorte que leur courbe de réponse soit identique en niveau et en fréquence dans la zone 40/63 Hz que l’on souhaite rejeter. On traite séparément les deux HPs puis on vérifie l’annulation. De façon imagée, l’un des HPs va faire le signal et l’autre l’annulation.

D. En pratique, quelle est la procédure à adopter pour optimiser un système vis-à-vis du voisinage ?

1. Méthode Globale

Il faut identifier la localisation des zones de voisinage à protéger ainsi que les parois les plus sensibles de la salle étudiée.

Il s’agit ensuite de choisir l’orientation du système et la configuration de subs qui permet de minimiser l’énergie sur les zones précédemment identifiées.

Pour ce faire, la première étape consiste à trouver dans le tableau précédent la configuration qui parait naturellement la plus adaptée, et qui soit physiquement réalisable. Une fois le principe physique établit, il est pratique d’utiliser les logiciels de simulation afin de réadapter le système de diffusion aux particularités du lieu (couverture du public, gradins…)

On installe ensuite la configuration choisie. On mesure chacun des éléments séparément chez les voisins et on optimise la directivité de chacun des sous groupes de diffusion séparément.

Puis, on ajuste les niveaux globaux en relatif afin de diminuer l’impact des éléments les plus problématiques.

Afin de respecter un niveau d’émergence adapté, il convient de placer un afficheur de niveaux permettant d’indiquer les niveaux sonores à ne pas dépasser. Il peut prendre trois formes différentes ;

• Soit un retour en temps réel de mesure de niveau sonore directement chez les riverains (cas idéal mais rarement applicable).
• Soit à partir d’une mesure effectuée à l’endroit le plus proche possible des riverains, accessible mais non perturbée par les éléments extérieurs (cas le plus souvent optimal)
• Soit à partir des niveaux mesurés en salle et donc les valeurs sont fixées par l’étude d’impact (cas le plus simple mais très impacté par les changements de configuration de diffusion et par les conditions atmosphériques.

Dans tous les cas, rien ne remplacera le dialogue humain : le retour en temps réel avec le sonorisateur pour maîtriser le son généré permet l’optimisation la plus qualitative possible. En effet, le son d’un limiteur n’est pas satisfaisant (cf. limitations des décrets Partie A Discussion). Par ailleurs, le dialogue avec les voisins, le fait de prêter une oreille à leurs problématiques est essentiel.

Dans tous les cas, nous rappelons l’absolue nécessité d’utiliser plusieurs points de mesure pour définir les niveaux en basse fréquence.

2. Tableau de synthèse de la procédure

3. Zoom sur le mémoire de recherche

Optimisation des systèmes de diffusion pour la protection du voisinage

Contributions

• Contributions intellectuelles
  • Synthèse et limites des configurations cardioïdes afin de rendre leur usage plus instinctif.
  • La compréhension du système et la méthode de mesure permettent de créer de la directivité dans les salles. Cette solution représente un gain significatif face au problème d’isolation actuelle liée à la structure des bâtiments.
• Contribution pratique
  • Proposition d’une méthode de mesure synthétique pour l’optimisation des systèmes de diffusion dans les basses fréquences vis-à-vis du voisinage.
• Contributions technologiques
  • Programmation d’un logiciel de simulation permettant notamment la production d’un tableau de synthèse des configurations pour mieux comprendre leur fonctionnement et donc leurs limites.
  • Construction de subs compacts et clos visant à mesurer de façon plus précise les configurations.

Aujourd’hui, les notions de directivité vis-à-vis des problèmes de voisinage sont peu abordées dans le métier pour plusieurs raisons : peu de liaison directe s’établissent entre l’acousticien qui sait ce qui se passe chez les voisins et le sonorisateur à l’intérieur de la salle de concert, lors de la conception des salles ou de leur exploitation. L’objectif est de relier les deux métiers pour trouver une solution commune. Le sonorisateur ne peut pas se contenter d’un limiteur et il est très difficile pour les acousticiens d’isoler dans les basses fréquences. Par ailleurs, établir une bonne relation avec le voisinage est également fondamental pour trouver les bonnes solutions. La communication est donc fondamentale et seule une vision globale permet d’obtenir de vrais résultats.

Techniquement parlant, une fois la communication établie, la solution consiste à comprendre les faiblesses de la salle et à créer de la directivité pour maximiser l’isolement apparent. En pratique, l’optimisation est compliquée et ne peut se faire que si l’on traite séparément les problèmes pour pouvoir in fine viser à l’optimisation globale. Pour caractériser il faut savoir mesurer. Le problème majeur que constitue l’estimation des basses ne peut se résoudre que par du moyennage spatial ou de la mesure multi micros. Lorsque l’on applique des méthodes de mesure par moyennage, on passe d’un système qui parait chaotique à un phénomène caractérisable.

Il est courant, dans les petites salles d’avoir un gain de 5 à 8 dB, et jusqu’à plus de 20 dB pour les configurations dans les grandes salles ou en plein air.

Les salles sont tellement variables que nous avons souhaité avoir des résultats et des méthodes d’optimisation généralisés sans s’attacher à des cas particuliers. C’est en mesurant dans la salle et chez les voisins les configurations de subs que l’on a sélectionnées que l’on peut se rendre compte si elles fonctionnent, s’il faut les déplacer ou en utiliser d’autres (par exemple rajouter des sources pour imposer plus le front d’onde etc.) Il n’y a pas de réponse toute faite, l’optimisation se fait par allers et retours successifs (cf. schéma de synthèse p 158).

Limitations

• Créer une directivité ne peut évidemment s’appliquer que dans des cas où le voisinage est sur les côtés ou à l’arrière du système de diffusion. Si la zone à protéger est localisée en face du système, les techniques étudiées dans ce mémoire ne permettent pas de résoudre le problème.
• Il aurait été bien de faire une étude plus approfondie sur d’autres techniques de mise en phase pour la création directivité : passe tout, gradient, lignes de subs ou End Fire à fréquence de coupure progressive.
• Il n’a pas été possible par manque de moyens et de temps de rechercher à fournir des informations statistiques sur la qualité perçue des différentes configurations car cela aurait été le sujet d’un mémoire autonome.
• L’objectif du mémoire n’était pas de détailler la méthodologie propre à la réalisation de l’étude d’impact. Nous nous sommes focalisés sur la maîtrise des concerts de grande ampleur de type festivals, qui n’ont pas les mêmes impératifs que ce qu’exigerait la réalisation d’une étude d’impact pour un bar ou une boîte de nuit. Les techniques qui sont décrites sont plus complexes et plus couteuses mais permettent une meilleure gestion des niveaux sonores dans les infrabasses
• Le temps disponible dans le hangar était très limité. J’aurais aimé pouvoir faire plus de points de mesure pour valider les résultats de façon plus rigoureuse. Il aurait été également intéressant de pouvoir comparer la directivité intrinsèque du sub avec d’autres modèles du commerce (manque de temps également).

Apport Personnel

• Ce mémoire m’a permis de passer de connaissances théoriques à une connaissance appliquée tant d’un point de vue des concepts associés à la physique du son que d’un point de vue pratique. J’ai pu développer une capacité d’analyse et de synthèse vis-à-vis de la maîtrise des phénomènes de directivité, indispensable dans la vie pratique pour être à la fois efficace et créatif.
• J’ai pris conscience lors de retours de riverains pendant les expériences pratiques, des conséquences psychologiques engendrées par les problèmes d’émergence. J’ai réalisé à quel point la communication humaine était fondamentale dans résolution de problèmes dont on a parfois l’impression qu’ils sont insolubles quand on les limite à des critères purement techniques.
• Plus qu’un mémoire, ce travail de recherche m’a donné envie de poursuivre dans cette voie. Mon orientation première se dirige vers la sonorisation mais il me semble que concilier un travail d’optimisation des systèmes de sonorisation vis-à-vis du voisinage et sonorisation en elle-même serait un alliage passionnant permettant de relier ces deux domaines si interdépendants.

Perspectives

Pour les différentes configurations de subs, il aurait été profitable de pouvoir écouter dans des cas concrets et avec un processus d’auralisation les réponses impulsionnelles dans la zone d’écoute, afin de pouvoir associer aux différentes configurations un critère qualitatif permettant de discriminer la qualité de la réponse impulsionnelle des différentes configurations. Aujourd’hui seules les configurations où le retard compense la distance physique, permet de s’affranchir de cette étude, car il est réaligne temporellement toutes les réponses impulsionnelles de chaque sub.

Références

[1] AUFFRET, M., Rapport « Préventions des traumatismes sonores des musiques électro-amplifiées». Paris: CNRS, février 1998

[2] BESSON, R., ALARY, J., Sonorisation et prise de son (4e ed). Paris: Dunod, 2007

[3] CIDB, Le coût sanitaire, économique et social du bruit. Dans Echo Bruit, Numéro Hors série, 2014

[4] DESCHAUX, R., Cours d’Acoustique du Bâtiment. Repéré à http://www.acgrenoble.fr/lycee/roger.deschaux/documents/Cours/Acoustique/Acousti que-Cours_1.pdf

[5] EVEREST, F. ALTON, Master Handbook of Acoustics (4e ed). New York: McGraw-Hill Professional, 2001

[6] McCARTHY, B., Sound Systems Design and Optimization (3e ed). New York et Londres:
Focal Press, 2016

[7] FARINA, A., Advancements in impulse response measurements by sine sweeps. Dans la 122e convention AES, le 5–8 2007 Mai, Vienne, Autriche

[8] FARINA, A., MULLER, S., MASSARANI, P., Transfer-Function Measurement with Sweeps. Dans JAES, Vol. 49, N° 6 pp. 443, 2001

[9] FINAND, F., La diffusion acoustique. Repéré à http://www.acouphile.fr/diffusion.html
[10] GUASTAVINO, C., CHEMINEE, P., Une approche psycholinguistique de la perception des basses fréquences : Conceptualisations en langue, représentations cognitives et validité écologique. Article publié dans la revue Psychologie Française, 48 (4), pp. 91-101, 2003

[11] GUIBERT, G. Sociologie du volume sonore dans les musiques amplifiées. Dans Echo Bruit, n°116, Musiques amplifiées et gestion du risque auditif, mars 2007

[12] JOUHANEAU J., Notions élémentaires d’acoustique, électroacoustique. Paris: Lavoisier,
Tec & Doc, 1999

[13] JOUHANEAU, J., Acoustique des salles et sonorisation. Paris: Lavoisier, Tec & Doc, 2003

[14] LEIPP, E., Acoustique et Musique. Montreuil: Mines Paris Teich, 2010

[15] LAFONT, JP., Résonances stationnaires : l’influence des parois sur le calcul des fréquences modales. Repéré à http://www.lafontaudio.com/dossiers/limites.htm

[16] MEYER-BISCH, C., Les chiffres du bruit. Dans Médecine et Sciences, vol. 21, p.546-550 mai 2005

[17] PION, J., Les musiques amplifiées dans l’agglomération parisienne face au problème des nuisances sonores. Université de Reims, 2002

[18] PIETQUIN, D., Phase notions essentielles. Repéré à https://www.techniquesduson.com/phase1.html, 2008

[19] ROSSI, M., Traité d’électricité. tome 21, Electroacoustique, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 1993

[20] ROSSI, M., Audio. Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2007

[21] ROUSSEAU, D., La mesures des basses fréquences engendrées par les musiques amplifiées. Présenté aux Rencontres Acoustique & Technique à Paris, France, le 05 et 06 juin 2015

[22] ROUSSEAU, D., Retour d’expérience sur les mesures basses fréquence d’origine musicale, 63Hz.fr

[23] SAILLANT, P., Les dispositifs de reproduction des fréquences les plus basses en sonorisation. ENS Louis Lumière (Paris, France), 2010

[24] VAN VEEN, M., Calibration & Design Techniques for Modern Sound Systems the Hague. Présenté à la conférence à MVV Seminar, Den Haag, Hollande, le 6 – 11 Février 2017

[25] SERVICE DE SANTE AU TRAVAIL, Le Bruit, les principaux aspects réglementaires. Repéré à http://www.cihl45.com/index.php/les-risques-physiques/le-bruit-les-principaux-aspects-reglementaires, le 16 février 2015

[26] HCSP (Haut Conseil de la Santé Publique), Expositions aux niveaux sonores élevés de la musique : recommandations sur les niveaux acceptables. Repéré à http://www.hcsp.fr/explore.cgi/avisrapportsdomaine?clefr=378, Février 2013

[27] 01dB Industries, DUMAS J., LAMBERT F., Analyse Fréquentielle premier niveau.
Paris, le 05 septembre 1996

[28] DOCS HP ET SUBS
ADAMSON, Document technique T21. Repéré à https://adamsonsystems.com/Support/Downloads/SPEC_SHEETS/SUBS/T21_Techni calData.pdf
ALTEC, Document technique 416-8A, http://www.yesterdays-tech.com/Altec/416-8A.pdf
BCSPEAKER, Document technique 21 Pal, http://www.bcspeakers.com/en/products/lf-driver/21-0/1/21ipal
L-A COUSTICS, Document technique KS28. Repéré à http://www.l-acoustics.com/admin/product_files/KS28_SPS_FR_1.0.pdf

Quelques sites Internet de Référence

CIDB : http://www.bruit.fr/ AGISON : http://agi-son.org/ LEGIFRANCE : https://www.legifrance.gouv.fr/
LAFONT AUDIO ACOUSTIQUE & DESIGN : http://www.lafontaudio.com/

Annexes

A. Glossaire

Bass trap : matériau, généralement passif, absorbant les basses fréquences.

Balance tonale : différence de niveau en dB entre le dBA et le dBC

dB : décibel. Le dB exprime le niveau de pression sonore par rapport à la plus faible intensité d’un son perçue par l’oreille humaine. Cette unité s’inscrit sur une échelle logarithmique.

Cardio NATIF : configuration cardioïde dont la distance entre les sources vaut λ/4. λ étant la longueur d’onde de la fréquence d’accord de la configuration.

Cardio NON NATIF : configuration cardioïde dont la distance entre les sources est DIFFERENTE de λ/4. λ étant la longueur d’onde de la fréquence d’accord de la configuration

End-Fire Array : réseau dont la directivité est maximale dans la direction d’alignement des transducteurs.

Line Array : réseau linéaire d’enceintes acoustique permettant d’augmenter la zone de couverture du public.

L1 : niveau dépassé pendant 1 % du temps (bruit maximal).

L10 : Niveau dépassé pendant 10 % du temps : il indique le niveau moyen de bruit qui émerge du bruit de fond.

L90 : Niveau dépassé pendant 90 % du temps ; indique le « bruit de fond ».

Leq : Indice énergétique, niveau de bruit équivalent. En considérant un bruit variable perçu pendant une durée T, le Leq représente le niveau de bruit constant qui aurait été produit avec la même énergie que le bruit réellement perçu pendant cette durée. Le Leq s’exprime en dB.

MLS : Maximum Length Sequence. C’est une séquence binaire pseudo aléatoire permettant d’extraire la réponse impulsionnelle

LFE (Low Frequency Effect) : canal réservé aux basses fréquences (10-120 Hz). Sa présence est généralement précisée par le terme « .1 » (exemple système 5.1).

Réponse Impulsionnelle : Lorsque l’on met en entrée d’un système une impulsion (Dirac), la réponse impulsionnelle est la sortie qui est obtenue. Dans un système réel, la sortie n’est en général plus une impulsion, mais un signal décroissant proportionnellement à la durée de réverbération de la pièce. La réponse impulsionnelle permet la représentation d’un système en fonction de son entrée et de sa sortie uniquement.

Sonomètre : Appareil destiné à la mesure des niveaux de pression acoustique, pondérée ou non, dans le domaine des fréquences audibles, suivant des applications déterminées. (Norme NF S30-101. Septembre 1973. Vocabulaire de l’acoustique)

Subwoofer : caisson de graves ou caisson de basses sont des termes désignant les enceintes chargées de reproduire les fréquences inférieures à 80 Hz.

Sweep : signal audio qui balaye toutes les fréquences audibles entre 20 Hz to 20 kHz en dans un espace de temps donné. Lorsque l’échelle est logarithmique, émettre un sweep entre 20 Hz et 40 Hz (une octave) ou entre 10kHz et 20kHz prend la même durée. Dans le cas d’une échelle linéaire, l’octave 20/40Hz sera beaucoup plus rapide et égalisera la durée entre 10 kHz to 10.02 kHz.

B. Les pièges à éviter lors de la mesure de l’isolement

Attention Piège !

Le bruit particulier, c’est le niveau mesuré chez le voisin lorsque la boite de nuit est en activité. Il comprend donc le bruit que fait la musique chez le voisin ET le bruit résiduel habituel. Comme la mesure est effectuée en niveau énergétique équivalent, si le bruit de la musique chez le voisin est aussi fort que le bruit résiduel, alors les signaux se somment a +3 dB. Ainsi on mesure 3 dB d’émergence et non 0 dB. La règlementation vise justement à avoir un niveau de bruit de fond au même niveau que celui généré par la musique, ce qui donne 3dB d’émergence.

Par conséquent, il faut faire très attention lorsque l’on calcule l’isolement (atténuation du son du fait des murs). En pratique, deux cas se présentent :

• Emergence > 10 dB
  Isolement ≈ Musique – Bruit Particulier

• Emergence < 10 dB
  Il faut soustraire la compensation issu de l’addition en niveau énergétique du bruit résiduel avec le bruit de la musique chez le voisin :
  Isolement = Musique – Bruit Particulier + Correction

Nous avons calculé sous Excel à partir de quelles valeurs le bruit résiduel devient négligeable en relatif au bruit particulier. Puis dans un deuxième temps, quelles sont les valeurs des compensations à appliquer dans le cas contraire.

Soit « Bruit Sono » la variable définissant le niveau de bruit généré par la musique de la boîte de nuit chez le voisin sans bruit de fond. On calcule le bruit particulier et la correction à appliquer pour un écart croissant entre BR et Bruit Sono²⁴.

On voit qu’à partir d’une émergence de 10 dB, la correction devient négligeable. Donc si BR est 10 dB moins fort que le bruit de la sono, alors Isolement ≈ Musique – Bruit Particulier

Dans la plupart des situations pratiques, l’isolement permet de calculer le niveau maximum d’émission pour un établissement. La procédure consiste à :

• mesurer le bruit de fond chez le voisin la nuit.
• De manière à éviter toute nuisance sonore, on mesure le bruit particulier en journée.
  • On émet un bruit rose dans la salle de concert
    • Emergence > 10 dB
      • Isolement = Musique – Bruit particulier
    • 3 dB < Emergence < 10 dB et BR stable
      • Isolement = Musique – Bruit particulier + Correction
    • Si Emergence < 3dB ou que le bruit de fond est instable
      • On fait des statistiques avec différents bruits musicaux à différentes périodes
      • Dans le cas ou la mesure est trop perturbée, on utilise un sweep (plus complexe d’interprétation mais permet de gagner jusqu’à 30dB sur un bruit rose)
• Ainsi Niveau_Max = BDF + Isolement car quand les deux niveaux sont équivalents on a bien 3dB d’émergence.

Exemples concrets :

• Cas où le bruit résiduel n’est pas négligeable devant le Bruit Sono

On mesure : 90 dB en salle, 30 dB de BR, 32 dB de bruit particulier. Le bruit résiduel est stable.

Le Bruit particulier est 2 dB plus fort que le Bruit Résiduel, ainsi la correction est de 2,33 dB il y a donc un Bruit de Sono égal à 30 – 2,33 = 27,67 dB Donc l’isolement vaut = 90 – 27,67 = 62,33 dB

• Cas où le bruit résiduel est négligeable
  99dB dans la salle, 45dB de bruit particulier et 20 dB de bruit résiduel. Le bruit particulier est 25 dB au dessus du bruit résiduel, ainsi il est négligeable (cf. 1e tableau).

Donc Isolement = Musique – Bruit Particulier = 99 – 45 = 54 dB

Par exemple, si le Bruit Particulier mesuré est 4 dB plus fort que le Bruit Résiduel, alors le Bruit sono sera 1.80 dB plus fort que le bruit résiduel.

En dessous de 0.5 on estime que la correction est négligeable. Ce qui correspond bien aux 10 dB que l’on a trouvé précédemment.

Utilisations de l’isolement et de l’émergence

En pratique, l’isolement est utilisé pour les études d’impact de nuisance sonore Par exemple pour calculer les niveaux limites applicables la nuit car il permet de mesurer de jour l’isolement et de mesurer le bruit de fond de nuit. Exemple d’une mesure, pour une boîte de nuit, quel est le niveau maximum applicable la nuit ?
Par exemple si l’on calcule un isolement de 30 dB d’atténuation et que l’on a un bruit de fond mesuré la nuit de 40 dB. Le niveau limite à l’émission sera de 40+30 = 70 dB avec 3 dB d’émergence (deux signaux : arrivée + BDF qui s’additionnent se somment à 3 dB)

C’est l’émergence qui est explicitement formulée dans la règlementation, car c’est elle qui reflète et caractérise la gêne occasionnée. Dans les textes de loi que l’on décrit plus précisément ci-dessous, elle est limitée à 3 dB par bande de fréquence et 3 dB A. Cette valeur est déjà très importante ! En effet, prenons un kick qui joue à chaque seconde pendant une durée 100 ms. Un niveau énergétique équivalent se calcule sur une seconde. Comme une seconde contient 10 fois 100 ms, on a donc dix fois plus d’énergie sur 100ms que sur 1s. Par conséquent on a 10 dB de gain en niveau crête en plus des 3dB d’émergence. Ainsi on obtient 13 dB Crête de Kick !

C. Décrets

D. Documents techniques enceintes

E. Limiteur

Limiteur standard AMIX SNA70-3

Remerciements

Je tiens à remercier chaleureusement David Rousseau pour son aide dans mon travail de recherche. J’ai beaucoup appris à ses côtés aussi bien en termes de connaissances techniques qu’en méthodologie scientifique.

Merci infiniment à Laurent Burrus pour sa disponibilité et les moyens mis en œuvre pour la réalisation de la partie pratique du mémoire.

Je remercie toute l’équipe de la grande Halle et particulièrement Benoît Weber.

Merci à Igor Prade, Florent Fourmy pour leur participation lors des mesures et leurs conseils. Le CIDB pour l’accès à son espace documentaire extrêmement complet.
Je remercie tous les ingénieurs du son et directeurs techniques qui ont donné de leur temps pour mon mémoire.
Pour finir, je remercie mes proches pour leurs relectures, leurs conseils et leur soutien.

Notes

1. On utilise le terme « subwoofer » dans le milieu professionnel pour caisson de basse. Nous emploierons ce terme tout le long du mémoire ↩︎
2. David Bowie, 1972 ↩︎
3. SNR : Signal Noise Ratio : Rapport signal sur bruit ↩︎
4. Interview d’un inspecteur de salubrité, intervenant formateur auprès du CIDB sur la thématique «nuisance sonore » ↩︎
5. Article 5 du décret 98-1143 ↩︎
6. Interview d’un inspecteur de salubrité, intervenant formateur auprès du CIDB sur la thématique «nuisance sonore » ↩︎
7. SB28 : subwoofer L-Acoustics. Documents techniques en annexe ↩︎
8. Ce graphique est expliqué plus précisément par la suite. ↩︎
9. Nous avons appelé notre logiciel de simulation Schouf qui signifie « regarde » en arabe. ↩︎
10. Définition précise dans le glossaire ↩︎
11. Volume de charge = volume interne de l’enceinte ↩︎
12. Pile de subs ↩︎
13. La directivité est liée à l’assemblage mais vous trouverez les fiches techniques des K1 Sub, VDOSC et SB28 en annexe ↩︎
14. Point FOH (Front Of House) : point localisant la console de mixage dans la pièce ↩︎
15. Ensemble des enceintes constituant la façade ↩︎
16. AUFFRET, M., Rapport « Préventions des traumatismes sonores des musiques électro-amplifiées», CNRS, février 1998. ↩︎
17. DESCHAUX, R., Cours d’Acoustique du Bâtiment, Repéré à http://www.ac-grenoble.fr/lycee/roger.deschaux/documents/Cours/Acoustique/Acoustique-Cours_1.pdf ↩︎
18. Limiteur en annexe ↩︎
19. Renfort de sonorisation de faible puissance pour les auditeurs placés juste devant et dans l axe de la scène ↩︎
20. Nous n’avons pu avoir une information précise sur la date d’applicabilité de la nouvelle norme au moment de la rédaction car elle n’a pour le moment pas encore été visée dans les textes règlementaires. ↩︎
21. Rousseau D., Gestion des graves vers l’environnement, JAES, 28/10/2010 ↩︎
22. Différence entre le niveau en dBA et en dBC ↩︎
23. Plusieurs enceintes espacées ou non sur lesquelles on applique des retards créant virtuellement un arc. Retarder les enceintes extérieures permet de réduire le lobe présent au centre du système et d’augmenter la cohérence aux extrémités du système. ↩︎
24. BP = 10 * log10 (10^ (Bruit Sono/10) + 10^ (BR/10)) et Correction Isolement = BP – BR ↩︎