Cours magistral du lundi 5 novembre 2007

ACOUSTIQUE DES SALLES 

I)                    Temps de réverbération (TR) d’une salle 

1.1. Définition et estimation 

Le TR d’une salle est le temps compté à partir de l’arrêt de la source sonore pour que l’intensité baisse de 60 dB.

Estimation de TR : formule de Sabine : TR = (0,16 × V)/A

TR en secondes.

V en m3.

A équivalente d’absorption de la salle en m².

Asalle = ∑ Amatériaux + Aauditoire + Amobilier

Matériaux : Amat = α × S

α coefficient d’absorption.

S : surface du matériau.

Le coefficient d’absorption d’un matériau dépend essentiellement de deux facteurs : la nature du matériau et la fréquence du son.

On distingue pratiquement trois classes de revêtements absorbants suivant le domaine de fréquence où ils sont efficaces.

- Les matériaux utilisés en membranes (panneaux légers à quelques centimètres d’une paroi lourde) sont efficaces dans le domaine des sons graves (basse fréquence).

- Les matériaux perforés, rainurés, fendus efficaces dans le domaine des fréquences moyennes (sons médiums).

- Les matériaux poreux ou fibreux efficaces dans le domaine des hautes fréquences (sons aigus).

Il y aura le cas d’une salle à étudier sur plusieurs fréquences.

Auditoire : la présence d’un auditoire modifie l’acoustique d’une salle.

L’Aire équivalente d’absorption apportée par un auditoire assis peut-être estimée de 0,30 à 0,35 m² dans le cas de l’audition directe de la parole (salle de théâtre)

0,40 à 0,45 m² dans le cas de la musique (salle de concert)

La différence vient de ce que les fréquences ne sont pas les mêmes.

Mobilier : l’aire équivalente d’absorption apportée par le mobilier est indiquée par le fabricant. Par exemples : un siège en bois = 0,05 m²/siège ;

Fauteuil en velours = 0,35 à 0,45 m²/fauteuil

L’estimation de TR peut se faire également grâce à des simulations informatiques. Celles-ci permettent d’obtenir toutes les valeurs de TR à toutes les fréquences et permettent d’obtenir aussi la cartographie sonore de la salle. Niveau sonore en décibel reçu par chaque auditeur.

Cependant les résultats obtenus ne sont pas à priori fiables à 100 % à cause de l’incertitude avec laquelle on connaît les coefficients d’absorption.

1.2. Existence d’un TR optimum 

Il existe des TR trop longs et des TR trop courts. Pour une salle donnée, il existe un TR optimum qui dépend essentiellement de deux facteurs : le volume de la salle et la destination de cette salle, c’est-à-dire l’usage qui en sera fait. Connaissant ces deux facteurs, des abaques permettent de déterminer TR optimum. Une fois la valeur de TR optimum choisie, on calcule Aopt grâce à la formule de Sabine (Aopt = 0,16×V/TRopt). Puis on choisit les matériaux, on tient compte de l’auditoire et du mobilier pour obtenir la valeur de Aopt.

1.3. Réduction du niveau sonore dans une salle par correction acoustique de la salle. 

Le niveau sonore dans une salle dépend de son caractère absorbant ou réverbérant. Si I1 et I2 sont les niveaux sonores en décibels, TR1 et TR2 alors

I1-I2 = 10 log (TR1/TR2)

II. Acoustique géométrique (ou liée à la forme) 

2.1. Introduction : 

Il n’y a pas de bonne acoustique sans réalisation de valeurs acceptables pour TR. Cette condition est nécessaire mais n’est pas suffisante. Il existe en effet des défauts en matière acoustique qui sont liés aux dimensions et aux formes géométriques utilisées dans la salle.

2.2. Echos : 

Il existe deux types d’écho :

-          les échos francs qui résultent de la réflexion du son sur des obstacles situés en face de la source sonore.

-          Des échos flottants qui peuvent survenir entre deux parois planes parallèles et réverbérantes. Pour empêcher les uns et les autres d’apparaître, on peut jouer sur la géométrie. Pas de paroi plane et parallèle, l’absorption ou la diffusion du son. Tout ce qui fait face à la source sonore doit être rendu partiellement absorbant en particulier le mur de fond de salle lorsque la profondeur de la salle l’exige.

2.3. Focalisations 

Certaines formes géométriques concaves peuvent provoquer une accumulation anormale du son. Dans certaines régions de la salle au détriment d’autres régions. Il peut en être ainsi des voûtes elliptiques, de coupoles trop hautes sous plafond, de forme en plan circulaire

Pour remédier au phénomène de focalisation, on peut « casser la géométrie » en masquant plus ou moins la forme à risque par d’autres surfaces. On peut jouer aussi sur l’absorption ou la diffusion du son.

III. Études de cas 

3.1. Salles de théâtre : (éventuellement salles de conférence, amphithéâtres…) 

La qualité recherchée est l’intelligibilité c’est-à-dire la bonne compréhension des messages sonores. Le volume acoustiquement raisonnable est d’environ 4 à 5 m3 par spectateur assis. Salle de théâtre de 300 places : V = 1200 à 1500 m3.

Le TR optimum se situe autour d’une seconde à deux ou trois dixième près en plus ou en moins suivant le volume de la salle. Les valeurs précédentes sont à respecter dans tous les cas où il s’agit de l’audition directe de la parole.

Dans le cas d’une salle de théâtre, on doit faire en sorte que l’acoustique ne dépende pas de la présence du public. On y parvient en choisissant des fauteuils dont l’absorption est sensiblement égale à celle apportée par un spectateur assis. Enfin, il existe un bruit de fond admissible : environ 35 dB max.

L’intelligibilité dans la salle est liée au « rapport » signal/bruit (noté S/B). Ce rapport est en réalité une différence entre le niveau sonore des messages délivrés dans la salle et le niveau sonore du bruit de fond. Lorsque cette différence est supérieure à 15 dB, le rapport est considéré comme excellent.