acoustique des salles les résonateurs de

ACOUSTIQUE
ACOUSTIQUE DES SALLES
LES RÉSONATEURS DE HELMHOLTZ
JEAN LAPORTE
Aujourd’hui, nous revenons sur les problèmes acoustiques de salle
en explorant une approche particulière de solution aux éternelles
résonances de salle en basse fréquence.
Résonances et absorbant phonique
Les résonances de salle sont indissociables aux dimensions des murs,
plancher et plafond de votre salle. Le calcul des modes de résonances
expose des fréquences parfois très fortes et isolées qui produiront
une forte amplification et une traînée marquées dans le temps de la
note équivalente. Cet effet ressemble à un effet de tonneau. Hélas,
ces résonances sont généralement difficiles à traiter et demandent
une quantité trop importante d’absorbant phonique pour faire un
correctif suffisant. Rappelons ici qu’un absorbant phonique d’un
pouce commence à perdre sa performance d’absorption lorsque l’onde
sonore est en deçà de 1000 Hertz. Lorsque l’on double l’épaisseur,
cela augmente les performances d’absorption d’une octave vers le
bas : donc si un pouce d’épaisseur d’absorbant phonique a sa limite
basse fréquence à 1000 Hertz, 2 pouces a une limite à 500 Hertz, 4
pouces une limite à 250 Hertz, 8 pouces une limite à 125 Hertz, 16
pouces une limite à 63 Hertz, et 32 pouces d’épaisseur a une limite
à 31 Hertz. (fig.1) Rappelons ici que les enregistrements actuels de
la musique et particulièrement du cinéma descendent très aisément
en dessous de 31 Hertz.
On peut diminuer la quantité d’absorbant utilisée si on l’installe loin d’un mur ou d’un plafond ayant une surface rigide. Cette
approche est plus économique en matériaux absorbants, mais pas en
Fig. 1
Fig. 2
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espace puisque la règle de la distance donne sensiblement les mêmes
volumes d’utilisation. Ainsi, un absorbant phonique de 1 pouce
d’épaisseur et installé à 32 pouces des murs permettra une absorption
efficace d’une résonance de 31 Hertz. (Bien que pas tout à fait aussi
performant que 32 pouces de matériel). (fig.2)
L’absorbant phonique par définition absorbe le son et représente
un moyen de mitigation passif au problème de résonance. De plus, il
absorbe uniformément l’ensemble du spectre ce qui laisse entier le
problème de débalancement de la résonance en basse fréquence par
rapport aux autres parties du spectre qui ne sont pas excitées par la
salle. Mais pourrait-on avoir un moyen plus performant, plus actif, et
à la fois plus ciblé ? Fig.3
Une solution efficace aux résonances de salle :
un résonateur de Helmholtz
Historiquement les résonateurs de Helmholtz furent retrouvés dans
les théâtres de la Grèce Antique. Par la suite, les Romains les
intégrèrent dans leur architecture et on les retrouve aussi dans
Fig. 3
différents édifices du moyen âge. Le résonateur de Helmholtz se
présente comme de grandes poteries de terre cuite que l’on cachait
dans les murs (fig.4). Le principe est simple, imaginer une bouteille
de liqueur où vous soufflez à l’embouchure, une note spécifique se
produit… l’air selon l’ouverture du bec restreint et en fonction du
volume intérieur produira une note puissance et spécifique. Voilà
le résonateur de Helmholtz. Ce phénomène simple et intuitif a permis aux hommes de l’antiquité de développer des résonateurs « sur
mesure » en construisant des amphores de différentes grosseurs qui
étaient partiellement emplies avec du sable pour l’ajustement tonal.
(Un peu comme on change la résonance d’une bouteille en la remplissant partiellement.) Ces résonateurs pouvaient dès lors opposer une
résonance précise à une résonance spécifique de salle. Mais
comment le résonateur réussit-il
à traiter une résonnance de
salle en émettant lui même une
résonnance ? Le secret réside
dans la phase. En fait, le résonateur n’est évidemment pas
stimulé par une soufflerie, mais
par le déplacement de l’air produit par une onde sonore… Ce
Fig. 4
déplacement d’air vient activer
le résonateur qui se mettra à
son tour à émettre une onde semblable. Mais avec un délai de phase
de 180 degrés, cette inversion de phase vient produire une opposition d’énergie qui tue l’onde sonore. Ce principe est le premier
système actif développé par l’homme puisqu’il oppose une énergie
plutôt que de simplement l’absorber « passivement ». Cette capacité
« active » du résonateur lui confère une efficacité nettement supérieure à l’absorbant phonique. Cette capacité active est telle, qu’une
bouteille de liqueur vide dans un studio peut affecter légèrement le
rendu acoustique ! Alors, imaginez la mise en place dans des proportions plus substantielles de tels résonateurs dans une salle audio !
Évidemment, le résonateur de Helmholtz doit être situé exactement
là où la pression de la résonance de salle est la plus forte et doit
être syntonisé avec cette dernière. Retenons aussi que sa force est
aussi sa faiblesse, car s’il est très spécifique dans sa résonance, il
devient inefficace aux autres fréquences. Or, il peut arriver qu’un
endroit de la salle contienne plusieurs fréquences problématiques. Il
faut donc organiser la construction pour permettre la mise en place
d’autant de résonateurs dans l’espace problématique de salle. De plus,
Variations et formes
Si la figure quatre expose la forme antique et classique d’un résonateur de Helmholtz, la science moderne a permis d’affiner et de
formaliser le principe théorique en articulant mathématiquement
le phénomène. Cela a permis de produire une grande variété et de
formes de résonateurs de Helmholtz et d’ouvrir des perspectives qui
Fig. 6
allient à la fois les caractéristiques des absorbants phoniques et le
principe de résonateur de Helmholtz. Ainsi, des panneaux fendus ou
perforés peuvent agir selon le principe de Helmholtz et offrir des
performances relativement élevées à de basses fréquences spécifiques
ou encore, lorsque la cavité du « résonateur » est partiellement ou
complètement emplie, d’agir en absorbeur large bande. C’est-à-dire
qui couvrira une plus grande plage de fréquence, mais au prix d’une
efficacité plus faible pour chaque fréquence. Ce type de panneau
« traité » une zone du spectre sonore qui ne pose pas de problème.
Une mauvaise mise en place ou une erreur de calcul ou une estimation qui ne correspondrait pas à la réalité pourrait alors produire un
pire résultat ! Imaginez que vous ayez un vide dans votre spectre
sonore et que vous syntonisiez votre résonateur sur cette zone… Le
débalancement serait alors accentué plutôt qu’atténué. Il est donc
crucial d’avoir la mesure exacte et précise de la situation pour pouvoir intervenir correctement et efficacement.
Nouveautés vinyles (rééditions et nouvelles parutions)
Le chiffres à la fin : musique/qualité sonore
Wanda Jackson - The Party Ain’t Over (produit par Jack White). . . . . . . . . . . 3/4
Wes Montgomery - Tequila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3/4
Astrud Gilberto - The Astrud Gilberto Album . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5/4
B52’S - B52’S (original master recording). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5/5
Bobby Darin - Love Swings (original master recording) . . . . . . . . . . . . . . . . 4/4.5
Dead Can Dance - Into The Labyrinth (original master recording) . . . . . . . . 4.5/5
Inxs - Kick (original master recording) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5/5
Dizzy Reece - Soundin off (2x45rpm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4/5
Freddie Hubbard - Hub-Tones (2x45rpm) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5/5
Abba - The Vinyl Collection (9 lp) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5/4.5
www.aux33tours.com
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Fig. 5
et d’installation est largement utilisé dans l’industrie et se nomme
« Slot ou Slat Absorbers » et peut être de simples planches dont l’espacement est calculé selon la profondeur de la cavité, selon l’épaisseur de la planche et selon la distance entre les planches. L’ajout
d’absorbant affectera la plage et l’amplitude d’absorption sonore.
(Un exemple est le plafond de la nouvelle salle d’ Audio d’occasion.
[Fig.6]. Notez cependant que pour être pleinement fonctionnel, il
est essentiel que le mur ou le plafond soit aussi rigide que possible.)
En terminant, je tiens à mettre en garde le lecteur sur le danger
de la mise en place à tâtons de résonateurs de Helmholtz, car son
efficacité relativement élevée, mais pointue peut tout aussi bien
ACOUSTIQUE
contrairement à l’absorbant phonique, ce type d’approche n’affecte
pas beaucoup l’écho global de la salle ; ce qui peut être un bienfait
comme une faiblesse qui demandera l’ajout de traitements phoniques
complémentaire.