Physique Son et architecture Chap.6 - Bougaud-free

Spécialité
Thème : Son et musique
Documents
Physique
Son et architecture
Chap.6
I. Critères de qualité acoustique d’une salle (45 min)
 L’acoustique architecturale est le domaine scientifique et technologique qui vise à comprendre et à maîtriser la
qualité sonore des bâtiments. L’application privilégiée de l’acoustique architecturale est la construction de salles
qui nécessitent une bonne qualité acoustique. Quels paramètres doivent être pris en compte pour obtenir une bonne
acoustique ?
Document 0 : L’évolution de l’acoustique
 Voir la vidéo sur l’évolution de l’acoustique (Claire Capdeville)
Document 1 : les murs du son
 « Pour avoir une bonne acoustique, écrivait Charles Garnier après avoir
achevé l’Opéra, une salle doit être large ou étroite, haute ou basse, en
bois ou en pierre, ronde ou carrée, et ainsi de suite. [...] »
« Dès qu’il y a une symétrie, explique Manuel MELON, qui enseigne
l’acoustique au Cnam, en général ce n’est pas très bon. Car certaines
fréquences sont favorisées par rapport à d’autres, le son paraît plus fort
ici que là. Les salles parallélépipédiques rectangles, hexagonales,
ovoïdes, ne sont pas favorables». Pourtant, les meilleures salles
européennes, le Concertgebouw d’Amsterdam ou le Musikverein de
Vienne, sont de vraies boites à chaussures...
« Ce genre de salle parallélépipédique peut très bien marcher, répond
Eckhard KAHLE, grand acousticien qui prépare l’auditorium de Bordeaux. Mais une salle symétrique, nue, avec
des murs en béton brut, non. La boite à chaussures est une forme de départ idéale, même pour une grande salle :
tout y est prévisible, calculable, c’est du billard. Seulement, il faut y ajouter des balcons qui cassent les murs
parallèles, et d’autres éléments de ce genre, des panneaux légèrement inclinés... ». À Vienne, ce sont par
exemple des moulures, des cariatides, des stucs qui assurent la diffusion du son [...]. La question est que le son
parvient à l’auditeur directement, mais aussi après s’être réfléchi plus ou moins au fond de la scène, au plafond,
sur les murs latéraux, et même au fond de la salle. La superposition de ces sources, dans le cerveau, apporte l’«
effet de salle », la conscience du lieu. Mais il n’est pas question d’entendre deux fois le même son, comme à
Pleyel ; ni de l’entendre trop différemment selon la position de la salle ; ni d’entendre mieux les aigus que les
graves. La nature des matériaux, et leur coefficient d’absorption, de réflexion, font varier cette diffusion. C’est
la première partie du casse-tête : le nombre de paramètres. Deuxième partie : il faut savoir ce qu’on va faire
d’une salle [...].
Extrait de J.Orillon, « L’acoustique : science ou pifomètre ? Les murs du son. » Le Nouvel Observateur, n°2165, mai 2006.
Document 2 : Profil d’un auditorium
20/04/2016
Document 3 : Réponse spatiotemporelle
des trois traitements acoustiques de base
P09_son_et_architecture.doc
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Document 4 : Durée de réverbération
 Dans une salle de spectacle, un auditeur perçoit le son direct, mais
aussi celui des ondes sonores ayant subi une multitude de réflexions
sur les parois et les obstacles qu’elles rencontrent. Ce son est
qualifié de son réverbéré : il est caractérisé par sa durée de
réverbération notée TR.
 La durée de réverbération est directement liée au volume
acoustique V et à la surface d’absorption équivalente A de la salle.
On définit la surface équivalente d’absorption A de la salle par la
relation :
A =  i  Si où i représente le coefficient d’absorption du matériau de surface Si.
i
 Dans la plupart des situations, la durée de réverbération se calcule par la formule de Sabine :
V
TR = 0,16  . TR s’exprime en seconde (s) ; la surface A est exprimée en m2 et le volume V en m3. Cette
A
formule est valable si l’énergie réverbérée est uniformément répartie dans la salle.
Document 5 : Type de salle et réverbération
 Une salle sourde est une salle qui conserve
uniquement le son direct émis par la source : sa
durée de réverbération est nulle. L’absence de
réverbération dans une salle de spectacle provoque
un rendu sec et dur de la musique. C’est la raison
pour laquelle on recherche toujours une
prolongation du son pour une bonne qualité
musicale. Une bonne salle de musique présente une
durée de réverbération de 1,0 à 2,5 secondes. Les
orgues, présentes dans les églises, imposent de
longues durées de réverbération afin d’avoir une
bonne qualité de son. La réverbération n’est, en
général, pas souhaitée par un orateur. Elle doit être
courte pour une bonne compréhension du texte, au maximum 0,8 seconde. Au-delà, les syllabes se chevauchent
et l’intelligibilité diminue.
D’après le site www.sonorisation-spectacle.org
Analyse et synthèse des documents
1) A partir des documents 2 et 3, identifier les quatre phénomènes physiques qui interviennent au cours de la
propagation d’un son dans une salle. Définir chacun des phénomènes.
2) Quels sont les deux phénomènes responsables de la décroissance de l’intensité sonore ?
Quelle en est la conséquence pour la perception d’un son par un auditeur ?
3) A partir du graphique du document 4, proposer une définition de la durée de réverbération TR.
4) Quelle durée de réverbération recherche-t-on pour une salle de spectacle ? Pour une salle de conférence ?
Expliquer.
5) De quelles grandeurs dépend la durée de réverbération ?
6) A partir de l’ensemble des documents, faire une synthèse des paramètres à prendre en compte pour obtenir une
bonne acoustique et expliquer la nécessité de disposer de salles de conceptions différentes selon l’utilisation.
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P09_son_et_architecture.doc
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II. Qu’est-ce que l’acoustique active ? (25 min)
Document 1 : Moduler l’acoustique et corriger les problèmes
Les techniques passives (D’après le site www.cstb.fr)
 Elles consistent à modifier la durée de réverbération en jouant sur l’absorption acoustique. Elles font appel à des
moyens mécaniques qui se révèlent souvent lourds, bruyants et, de surcroît, onéreux. Citons, par exemple, les
réflecteurs, les panneaux mobiles ou les rideaux absorbants, les éléments scéniques comme les décors ou les
conques d’orchestre, et même parfois les parois et les plafonds mobiles.
Les techniques actives (D’après le site www.activeaudio.fr)
 Ces techniques ont été développées en 1965, avec l’objectif initial de prolonger la durée de réverbération des salles
pour pouvoir y accueillir des concerts dans de bonnes conditions. Elles apportent à la salle les composantes
acoustiques qui lui font défaut, en utilisant des systèmes électroacoustiques constitués de microphones, de filtres,
d’amplificateurs et de haut-parleurs. D’une pression du doigt, on sélectionne les paramètres les mieux adaptés pour
chaque type de spectacle : théâtre, opéra, conférence, etc. Pour chaque ambiance, l’auditeur garde l’impression
d’une acoustique naturelle : il ne détecte pas la présence du système actif.
 On peut obtenir avec ces techniques une variabilité beaucoup plus efficace et flexible que celle obtenue avec les
moyens passifs :
 Pour l’exploitant d’une salle, l’acoustique active présente l’intérêt d’optimiser l’utilisation de son équipement ;
 Pour les usagers (sur scène comme en salle), elle assure un grand confort acoustique ;
 Pour les architectes et acousticiens, elle est le moyen de se libérer de certaines contraintes acoustiques, par
exemple, une géométrie ou un type de matériaux qui ne procureraient pas les nécessaires réflexions du son.
Document 2 : Le procédé novateur d’acoustique active : une première en Vendée
 Le Vendéspace bénéficie d’un procédé novateur : l’acoustique active. Ce procédé révolutionnaire permet de
régler l’acoustique d’une salle en fonction du spectacle proposé grâce à l’incrustation dans les murs de petits
micros et enceintes réglables électroniquement depuis la régie.
 Ambiance à la carte : Pour vous donner une idée de la qualité de ce procédé, imaginez un instant que vous
assistez à la finale d’un grand championnat : le son du ballon de basket, le crissement des chaussures sur le
parquet et les cris déchaînés des supporters vous donnent l’impression de vivre le match au cœur de l’action.
Le lendemain, vous revenez mais pour écouter, cette fois, un Opéra de Mozart. Là, le son est pur, le spectacle
est grandiose.
1) Critiquer l’affirmation en gras dans le document précédent : « le son est pur ».
2) Résumer un dizaine de lignes maximum ce qu’est l’acoustique active.
III. Problème : Qualité sonore d’un auditorium (35 min)
Enoncé
 Une ville désire construire un auditorium de forme parallélépipédique de 10 m de longueur, 5,0 m de largeur et
4,0 m de hauteur. Parmi les caractéristiques de la salle, la durée de réverbération est un paramètre très important
dans la qualité acoustique de la pièce. La valeur recherchée dans cette construction devra être comprise entre 0,3
et 0,5 s.
 On pose M, le coefficient d’absorption du matériau sur les murs ;
P = 0,05, le coefficient d’absorption du matériau sur le plafond ;
S = 0,08, le coefficient d’absorption du matériau sur le sol.
 L’ensemble des fauteuils disposés dans la salle a une surface d’absorption équivalente AF = 12,5 m2.
 Pour les murs, on dispose de quatre matériaux isolants :
Isolant
n°1
n°2 n°3
n°4
Données
0,27 0,54 0,71 0,79
M
 la durée de réverbération TR se calcule à partir de la formule de
V
Sabine : TR = 0,16  . TR s’exprime en seconde (s) ; la surface équivalente d’absorption A est exprimée en
A
m2 et le volume de la pièce V en m3.
 On définit la surface équivalente d’absorption par :
A =  i  Si où i représente le coefficient d’absorption du matériau de surface Si.
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Problème : Parmi les matériaux isolants proposés pour les murs, quel(s) est (sont) celui(ceux) qui permet(tent) de
répondre au critère attendu ?
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P09_son_et_architecture.doc
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