Mesure de la durée de réverbération d`une salle

Acoustique des salles
I)
Mesure du temps de réverbération d'une salle
1) Introduction
a) Réflexions multiples dans un local
Considérons une onde sonore émise dans une pièce. Pour simplifier, nous
la considèrerons comme un rayon sonore.
Ce rayon sonore va se propager en ligne droite jusqu'à une paroi de la
salle.
Sur cette paroi, une partie de l'onde est absorbée mais une partie se
réfléchit.
Ce phénomène se reproduit jusqu'à ce que la quasi-totalité de l'énergie
véhiculée par l'onde ne soit absorbée lors des réflexions successives sur
les parois.
b) La réverbération
Considérons un point M situé dans un local, et analysons ce qui s'y produit lorsqu'on émet ailleurs une impulsion.
Une impulsion est un signal sonore très bref, produit par exemple par un choc sur un objet résonnant, un
claquement de main, un son de baguette sur une caisse claire.
Le premier (chronologiquement) "rayon" arrivant en M est celui qui
a parcouru la distance la plus courte, c'est celui qui s'est propagé
directement sans aucune réflexion, donc sans absorption.
Puis arrivent des rayons ayant suivi un trajet plus long, forcément
avec une réflexion. Et ensuite, ayant subi de plus en plus
d'absorptions.
Statistiquement, dans un local de forme simple, il est évident que
les rayons suivant des trajets de plus en plus longs, arrivant de plus
en plus tardivement, ont toutes les chances d'avoir subi plus de réflexions, et donc si les coefficients d'absorption
sont tous du même ordre de grandeur, d'avoir des énergies de plus en plus faibles.
Ces phénomènes sont rapides: à la vitesse de 340 m.s-1, dans un local dont les dimensions sont de l'ordre de
10 m, une trentaine de réflexions ont lieu en 1 seconde.
De ce fait, le son perçu par un auditeur (ou un récepteur) placé au point M dure plus longtemps que le son
"original". C'est la réverbération.
Cette réverbération est d'autant plus importante que les locaux sont grands, et que les surfaces sont constituées de
matériaux peu absorbants, lisses, durs, rigides, plans, comme béton, pierres, carrelage, plaques métalliques,
verre...
Des lieux tels qu'églises, salles de sports, halls commerciaux, stations de métro, gares sont des endroits où la
réverbération est importante.
c) Temps de réverbération
Il va de soi que la réverbération est un phénomène qui, dans une
salle de spectacle, va distordre le son reçu par les personnes
présentes. Ce phénomène parasite doit donc être minimisé.
Pour quantifier ce phénomène on définit le temps de réverbération
Tr60.
C'est le temps nécessaire pour que le niveau sonore descende de 60
dB après l’interruption de la source sonore.
On le mesure en enregistrant le son diffusé dans une salle. Puis en
traçant la courbe ci-contre.
La plupart des réglementations et associations d’experts définissent
un temps de réverbération maximum pour les différents types de
locaux en fonction du secteur d’activité d’un bâtiment. Il est
généralement convenu qu’un temps de réverbération acceptable est
atteint, pour la plupart des applications, à 0,9 - 1,0 s
et qu’un bon temps de réverbération est atteint à
0,4-0,6 s. Le temps de réverbération dépend de la
taille et de la configuration de la pièce, de la
quantité, de la qualité et du positionnement des
surfaces absorbantes. Plus il y a d’absorption
acoustique dans la pièce, plus le temps de
réverbération sera court.
Le document ci contre regroupe les temps de
réverbération recommandés par un fournisseur de
matériaux acoustiques.
http://www.rockfon.fr/acoustique/le+l%C3%A9gislateur+et+l%E2%80%99acoustique/temps+de+r%C3%A9verberation
2) Détermination de Tr60 de la salle de TP
On va brancher un microphone aux bornes de l'interface d'acquisition SYSAM SP5. Ces microphones seront
placés sur le dessus des paillasses.
a) Paramétrage et acquisition
Brancher le microphone entre la masse et l'entrée EA0 et ouvrir le logiciel Latis pro.
Sur la page d'accueil, sélectionner EA0.
Nombre de points total: 250 000
Durée totale de l'acquisition: 200 ms
Seuil de déclenchement sur EA0
300 mV en montant
Pas de pretrig
Lorsque tout le monde est prêt, on lance l'acquisition (F10).
Remarque: le son que nous étudions est le son diffusé dans la salle. Il ne faut surtout pas capter le son direct
c'est-à-dire celui que l'on produirait en tapant devant le micro.
b) Création de la courbe
La courbe EA0 qui apparaît est Umicro = f(t).
Or, on souhaite visualiser L = f(t).
Une étude expérimentale montrerait que l'intensité acoustique I est proportionnelle à (Umicro)2.
Par conséquent, L = 20 log(Umicro) et non 10.
Dans le menu, choisir "Traitements"  "Feuille de calculs".
Dans la fenêtre, taper "L=20*log(EA0)"
Dans le menu, choisir "Calcul"  "Exécuter".
La grandeur L est alors créée. Il suffit de la faire glisser dans la fenêtre pour l'afficher.
Faire disparaître la courbe EA0. Nous ne travaillerons qu'avec la nouvelle courbe créée.
c) Tracé des droites
Tracer les deux droites encadrant la décroissance du son (placer la souris dans la fenêtre graphique puis cliquer
sur le bouton droit pour accéder à l'outil "Droite").
d) Détermination de Tr60
Donner la relation liant a, coefficient directeur de la droite de décroissance du son et Tr60.
Quelle est l'unité de a?
Calculer les coefficients directeurs amin et amax des deux droites affichées en utilisant l'outil "Réticule".
En déduire les valeurs (Tr60)min et (Tr60)max.
Calculer la moyenne de Tr60.
Donner alors la valeur de Tr60 sous la forme Tr60 = X ± x
Calculer l'écart relatif
.
II)
Temps de réverbération: loi de Sabine
Doc 1: Temps de réverbération Tr60 et home cinéma
Doc 2: Coefficient d'absorption
acoustique
Le temps de réverbération Tr60 est déterminant pour l'ambiance acoustique
d'une pièce. Pour une salle home cinéma, le temps de réverbération idéal se
situe aux environs de 0,5 à 0,6 s pour 1 000 Hz. Attention ! En dessous, la
pièce deviendra trop mate, trop feutrée. Idéalement, il faudrait que cette
valeur soit la même à toutes les fréquences.
Dans la salle de la figure a, avec un temps de réverbération Tr60 = 6 s, les
paroles vont se mélanger et une impression de cacophonie va se créer. Dans
la salle de la figure b, les dialogues sont intelligibles. L'ambiance de la salle
est agréable.
L'aptitude d'un matériau à
absorber est évaluée à l'aide du
coefficient d'absorption alpha
Sabine () par fréquence sur une
échelle de 0 à 1 (absorption
maximale).
Décroissance sonore pour: a: une salle très réverbante b: une salle peu réverbante.
Doc 3: Choix de matériaux pour une salle home cinéma
Doc 4: Temps de réverbération en
fonction du volume d'une pièce
Soit une pièce présentant les dimensions suivantes: longueur 5 m,
largeur 4 m et hauteur de plafond 3 m. On constate que, pour une
pièce dont les murs, le plafond et le sol sont en béton brut, le temps
de réverbération Tr60 pour 1000 Hz est beaucoup trop élevé. Les
dialogues sont difficilement compréhensibles et la salle est bruyante.
Traitons maintenant la salle acoustiquement, en recouvrant le mur
avant de laine de roche, le sol de moquette épaisse et les murs
latéraux et arrière, ainsi que le plafond, de plâtre peint. Le temps de
réverbération à
1000 Hz est presque parfait, l'ambiance est devenue feutrée.
Coefficients de Sabine pour différentes fréquences et différents matériaux.
Doc 5: formule de Sabine*
La formule de Sabine permet d'estimer simplement le
comportement d'un local par calcul du temps de
réverbération pour différentes fréquences. Plus l'aire
d'absorption équivalente augmente, plus le temps de
réverbération diminue.
Tr60: temps de réverbération en seconde
V: volume du local en m3 ;
A, aire d'absorption équivalente en m2,
égale à la surface des matériaux composant
les parois multiplié par leur coefficient
alpha Sabine.
Doc 6: Limitation du bruit dans les établissements
d'enseignement
Arrêté du 25 avril 2003, extrait de l'article 5 : Les
valeurs des durées de réverbération exprimées en
secondes à respecter dans les locaux sont données dans
le tableau ci-après. Elles correspondent à la moyenne
arithmétique des durées de réverbération dans les
intervalles d'octaves centrés sur 500,1000, et 2000 Hz.
Ces valeurs s'entendent pour les locaux normalement
meublés et non occupés.
Locaux meublés non
occupés
Doc 7: Traitement acoustique d'une salle de sport
Depuis 2003, la durée de réverbération est
réglementée dans les salles de sport.
Durées de réverbération
moyennes
Salle de restauration d'un
volume > 250 m3
Tr60 < 1,2 s
Local d'enseignement d'un
volume > 250 m3
0,4 s < Tr60 < 1,2 s
Wallace Clement Sabine (13 juin 1868 - 10 janvier 1919):
Physicien américain qui a fondé le domaine de l'acoustique
architecturale. Il est diplômé de l'université de l'État de l'Ohio en 1886 à
l'âge de 18 ans avant de rejoindre l'université Harvard pour des études
supérieures, y restant par la suite comme professeur. Wallace Sabine a
été l'architecte sonore du Symphony Hall de Boston, largement
considéré comme l'une des deux ou trois meilleures salles de concert
dans le monde entier pour son acoustique.
Questions:
1) À partir du doc 1, proposer une définition du temps de réverbération.
2) Pour une salle, quels sont les effets d'un temps de réverbération:
- trop grand?
- trop petit ?
3) Le temps de réverbération d'une salle est-il réglementé?
4) Quels sont les facteurs capables de modifier le temps de réverbération d'une salle?
5) Qu'est-ce qui permet de caractériser l'absorption de l'énergie sonore par un matériau?
6) Quelle est la valeur du coefficient d'absorption d'un matériau:
- qui absorbe toute l'énergie sonore qu'il reçoit?
-qui réfléchit toute l'énergie sonore?
7) Quelles sont les aires équivalentes à 1000 Hz pour la salle du doc 3 avant et après traitement?
8) En déduire les temps de réverbération théoriques pour ces deux situations à 1000 Hz.
9) Commenter la phrase en italique dans le doc 6.
10) Quels sont les paramètres d'une salle qui interviennent dans le temps de réverbération?
11) Quelle est la caractéristique des matériaux capables de diminuer le temps de réverbération d'une salle?