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Ondes acoustiques, caractéristiques, unités de mesure, applications

1- Qu’est qu’un son ?

On sait depuis l’antiquité que le son est produit par la mise en vibration rapide d’un corps matériel (corde, plaque, pierre, membrane d’un haut-parleur), mais la notion de propagation de cette vibration dans l’air jusqu’à atteindre notre tympan n’est mise en évidence qu’avec les premières expériences réalisées avec la machine pneumatique d’Otto Von Guericke (1650). Cette vibration se propage dans l’air, de molécules à molécules, d’une manière un peu analogue à ce qui se passe dans un ressort dont on frappe brutalement une extrémité. La zone frappée se comprime puis se détend , transmettant aux spires voisines cette compression qui se propage ainsi d’un bout à l’autre du ressort.

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figure 1

Une telle onde est dite onde élastique longitudinale car la propagation des ondes se fait dans le même sens que l’onde elle-même. Par comparaison, les ondes ondes concentriques produites par un caillou jeté dans l’eau, sont dites transversales car le déplacement des ondes est perpendiculaire à l’onde elle-même qui agite l’eau sur un plan vertical.

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figure 2

Toute matière, liquide, solide ou gazeuse peut ainsi transmettre ces ondes élastiques longitudinales, que l’on appelle aussi des ondes acoustiques ou ondes sonores. Seul le vide rend toute transmission des ondes acoustiques impossible. Il faut donc toujours penser que le milieu de transmission détermine notre perception des sons. Ainsi donc, il est impossible d’entendre quoique ce soit à la surface de la lune.

2- Vitesse des ondes sonores

La vitesse des ondes sonores dépend des propriétés élastiques du milieu dans lequel elles se déplacent. Elle est en général d’autant plus grande que le milieu est rigide. Quelques valeurs à titre d’exemple :

Acier 5200 m/s Eau 1430 m/s Hydrogène 1300 m/s Air 331,4 m/s

Valeurs données à 0°C avec une pression P=1 atmosphère

Les premières expériences sur le sujet ont eu lieu entre l’observatoire de Paris et Montlhéry en mesurant le temps s’écoulant entre la lueur d’un coup de canon tiré et le son lui correspondant. Une autre technique pour mesurer ces valeurs consiste à envoyer une impulsion sonore dans un tuyau de longue dimension comme le montre la figure 3

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figure 3

3-La fréquence des ondes sonores

Outre la vitesse avec laquelle se propage l’onde sonore dans la matière, une de ses caractéristiques fondamentale est sa fréquence, qui est en fait la fréquence de vibration de la source. La fréquence d’un son est le nombre de vibrations effectué par seconde :

1 Hertz= 1 vibration par seconde

C’est aussi cette fréquence de vibration qu’impose le son aux matériaux qu’il parcours.

Un diapason vibrant 440 fois par seconde émet donc des ondes dont la fréquence est 440 Hz et l’air qui l’environne subit donc en chaque point 440 compressions et dépressions successives par seconde.

Les ondes sonore que peut percevoir l’oreille se situent entre les fréquences suivantes :

16 Hz< N< 16000 Hz sons très graves sons très aigus

Ces valeurs sont une moyenne sachant que l’oreille de l’enfant perçoit des fréquences au delà des 20000 Hz alors qu’un adulte peut ne plus déceler des fréquences au dessus de 12000 Hz. Certains animaux peuvent percevoir des fréquences plus élevées que les nôtres. Le chiens perçoit jusqu’à des fréquences de 35000 HZ (ultrasons) et la chauve-souris se dirige en émettant des fréquences de 60000 Hz.

4- La longueur d’onde

Si l’on reprend l’exemple du diapason 440 Hz, les ondes qu’il émet se propagent dans l’espace qui l’entoure à la même vitesse. Tous les points de sphères centrées sur le diapason sont atteints en même temps par le même mouvement vibratoire qui suit une courbe sinusoïdale au cours du temps (on parle d’onde sinusoïdale). L’onde est dite "sphérique"

Les points de ces sphères vibrent simultanément mais 1/440 de sec plus tard l’onde a progressé de

1/440 s x 330 m/s = 0,75 m

On peut alors dire que tous les points des sphères se situant à 0,75 m les unes des autres vibreront toujours en phase pour une fréquence de 440 Hz

La formule de calcul est : l = c x 1/F (l est la longueur d’onde, c la célérité, F la fréquence de l’onde)

Alors que la fréquence F est une caractéristique de l’onde émise, la longueur d’onde l dépend du milieu où le son se propage et peut changer si l’onde passe dans un autre milieu. Dans l’air les longueurs d’ondes pour les sons audibles sont de l’ordre du décimètre.

Les deux schémas suivants montrent quels sont la conséquences possibles des longueur d’onde et le moyen de les mesurer physiquement.

Pour une fréquence de 1000 Hz émise dans un tube de 10 cm de diamètre, il faut donc déplacer de 33 cm le micro A pour remettre les deux signaux en phase. La longueur d’onde d’une fréquence de 1000 Hz dans l’atmosphère à température ambiante est donc de 33 cm.

6- Sons simples et sons complexes

Un son est dit simple si la vibration qu’il propage est sinusoïdale, c’est le cas du diapason. Il est donc caractérisé par sa fréquence, qui donne la sensation de hauteur et par son amplitude ou déplacement maximal des tranches d’air au cours de l’oscillation (1/10 mm) qui traduit par son carré l’intensité du son émis.

Cette fréquence ne varie pas quelle que soit notre distance par rapport à la source du son si celle ci est constante. En revanche si la distance à la source change, la phase du son va varier et notre perception de la hauteur avec : il s’agit là d’un effet Doppler.

Le sons musicaux ou non ne sont cependant que très rarement simples. Ils ont parfois un caractère périodique, mais l’évolution de l’amplitude au cours de l’onde peut prendre des formes complexes comme le montre la figure 7

Cependant, l’analyse et la décomposition de ces ondes nous montre qu’une onde complexe peut toujours être considérée comme la somme de vibrations sinusoïdales dont les fréquences sont des multiples de la fréquence principale de cette onde. Soit une onde N1 :

N1, N2 = 2N1, N3 = 3N1, ecta

N1 a donc dont une vibration dont la fréquence est appelée fondamentale, les autre fréquences de vibration étant nommées harmoniques de cette fréquence (théorème de Fourrier, permettant la numérisation des sons) Chacune de ces harmoniques possède une amplitude propre que l’on peut parfois calculer, mais qui dans des cas complexes nécessite une analyse harmonique établie souvent par un oscilloscope. La recherche des harmoniques présent dans un son et de leurs amplitudes respectives établit le "spectre acoustique" d’un son. Inversement, il est possible de reconstituer un son complexe en additionnant des vibrations simples de fréquences et amplitudes appropriées. On appelle ces sons "sons de synthèse"

Voici le schéma de progression des harmoniques impairs d’un son simple fondamental :

1 1/3 1/5 1/7 1/9

f tierce quinte septième neuvième

Leur superposition sans déphasage avec une amplitude identique à leur rapport de fréquence donne une onde en forme de créneaux (signal carré).

Si l’on additionne ces mêmes harmoniques impairs, en imposant une décroissance plus rapide de l’amplitude et un déphasage d’un tiers d’oscillation entre chaque harmonique

1 1/9 1/25 1/49 f tierce quinte septième

on obtient alors des oscillations triangulaires.

7- Le timbre musical

La présence dans un le son délivré par un instrument d’harmoniques plus ou moins nombreux et d’amplitudes plus ou moins grandes lui confère une qualité musicale : le timbre

Ce timbre est lié à la forme et à la nature des matériaux utilisés pour la construction de l’instrument ainsi qu’au système de mise en vibration (archet, marteau, souffle, ecta...) La figure 7 donne quatre exemples de timbres pour des instruments comparables puisque basés sur la mise en résonance d’un tube par de l’air. On peut constater que le Basson possède un timbre plus "riche " que l’orgue pour une fréquence similaire.

De la même manière le piano et le clavecin, bien que très proches, possèdent deux timbres qu’on ne peut confondre, et ce à cause de leur modes respectifs d’attaque de la corde. Pour le clavecin, la corde est pincée, c’est à dire écartée de sa position d’équilibre et lâchée sans vitesse initiale. L’étude de la vibration de la corde montre que celle-ci contient un grand nombre d’harmoniques, mais leur amplitude décroît rapidement. Dans le piano, la corde frappée par le marteau, n’est pas déformée au départ, mais du coup dotée d’une vitesse initiale qui ont pour effet une décroissance des harmonique beaucoup moins rapide. Le timbre est donc plus riche dans la durée des notes. Ceci confère aux deux instruments une dynamique radicalement différente.

8- Les gammes musicales

L’oreille humaine saisit le passage d’un son de fréquence N1 à N2 par la différence de hauteur, ou intervalle qui les sépare :

l = 1000 log N1/N2 ou la valeur l est exprimée en savarts.

a titre d’exemple un intervalle d’octave se formule ainsi l = 1000 log 2= 301,03 savarts

Comme nous l’avons vu plus haut, chaque fondamentale contenant toutes ses harmoniques, celles-ci ont été réparti sous forme d’intervalles agréables à l’oreille. Après différentes proposition de gammes constituées de ces intervalles, le XVIIIe siècle a vu s’instituer la gamme tempérée (JS Bach) divisant l’octave en douze demi-tons de 25 savarts chacun, l’octave étant arrondi à une valeur de 300 savarts. Cette gamme, base de l’harmonie occidentale n’est cependant pas la seule, et elle est assez éloignés des intervalles harmoniques qui ont amené à sa construction.

9-Battements

Lorsqu’on superpose deux sons de fréquences très voisines, le son résultant parait avoir une fréquence moyenne, mais son amplitude passe par des maxima et des minima produisant une sorte de battement. Ce battement est dû au fait que les deux fréquences débutent en même temps, puis se déphasent. Ces deux signaux passent donc par des périodes ou en phase leur amplitude s’ajoute puis se retranchent, créant ces battements.

Cette méthode est utilisée pour accorder les instruments comme le piano ou la guitare.

10- Réflexion de sons, ondes stationnaires

Il suffit de mettre la tête sous l’eau pour se rendre compte que l’on entend plus les sons provenant du rivage. Les bruits produits sous l’eau au contraire sont parfaitement nets et d’une intensité supérieure. La surface de l’eau joue dans ce cas le rôle d’un obstacle infranchissable aux ondes sonores. Ceci s’explique par le fait qu’une onde qui se propage dans un milieu est en grande partie réfléchie lorsqu’elle tombe sur la surface d’un milieu aux caractéristiques différentes. Cette réflexion est d’autant plus grande que les caractéristiques de transmission des deux milieux sont éloignées.

Si l’on envoie une onde supposée plane dans un tube vertical fermé grâce à un haut-parleur situé à l’entrée de celui-ci. Arrivé au bout du tuyau, cette onde est réfléchie et revient en sens inverse. La colonne d’air contenue dans le tuyau est donc parcouru en permanence par des ondes de même longueur dans les deux sens. Ces ondes sont tantôt en phase et s’additionnent, tantôt en opposition de phase et s’annulent. Ce phénomène crée des zones ou l’air vibre à son maximum, appelées ventres, et des zones ou l’air ne vibre pas, appelées noeud, mais ces zones ne se déplacent pas dans le tuyau. C’est le principe des ondes stationnaires. La distance entre deux noeuds ou ventres consécutifs est d’une demi longueur d’onde.

En déplaçant un micro dans un tube ou l’on émet un 1000 Hz, il faudra déplacer le micro de 17 cm pour passer d’un noeud à l’autre.

11- Résonance acoustique

cf., le pont qui rompt sous les soldats, ou le verre de cristal et la diva.

Si l’on donne des impulsions à un pendule en phase avec son cycle d’oscillation, sa fréquence de résonance, l’amplitude des impulsions va s’ajouter à son énergie propre. C’est le phénomène de résonance : La résonance est donc l’état d’un système vibratoire quelconque auquel une source extérieure fournit un apport d’énergie périodique en phase avec lui, et que le système donc indéfiniment. L’augmentation indéfinie de l’énergie d’oscillation est compensée par les pertes dues aux frottements qui dégradent l’énergie mécanique en chaleur ou au delà de ça par la destruction du système vibratoire.

Ce principe peut s’appliquer de manière simple à l’amplification du diapason 440 Hz. Ce diapason frappé a une intensité quasiment imperceptible à l’oreille, mais il reste une source vibrante qui peut exciter une boite ouverte à une extrémité lorsqu’on le pose sur celle-çi. La longueur de la boite devra être égale à l/ 4, soit approximativement 20 cm, l étant la longueur d’onde correspondant à 440 Hz. La fréquence de résonance de la boite est donc égale à celle du diapason. La masse d’air contenue dans la caisse entre en oscillations et pompe l’énergie du diapason. Les dimensions de la boite étant importantes, le son devient audible par tous. Il n’y a pas eu d’utilisation d’énergie, mais simplement amplification de l’amplitude de l’onde émise par le diapason par la mise en résonance de la boite. Ce système est celui utilisé pour les caisses de résonances des instruments acoustiques (guitare, piano, violon).

12- Les interférences acoustiques

Les ondes sonores de même fréquences issues de deux sources différentes (deux haut-parleurs) donnent lieu à un phénomène d’interférence. Le ondes vont se rencontrer en certains points tantôt en phase tantôt déphasées. Ce phénomène est difficile à entendre lorsqu’on de déplace entre les deux haut-parleurs, mais il y a un cas où il se manifeste de manière flagrante. Sur une chaîne stéréo, on envoie les deux même signaux à gauche et à droite, en inversant le branchement des câbles reliant l’amplificateur et les hauts-parleurs. Le mouvements des deux membranes sera synchrone mais en opposition de phase. Si l’on se met exactement au milieu des deux hauts parleurs les deux signaux arriveront à notre oreille déphasés, et on entendra une baisse de la puissance acoustique du signal. Inverser le sens du branchement sur un des haut-parleur corrige instantanément ce problème. Ce principe d’inversion de phase donne aussi lieu à des recherches de système de protection antibruit tels que casques mur dynamique, ecta..

13- L’effet Doppler

Comme vu précédemment, le fréquence d’un son perçu n’est égale à celle émise que si la source de celle-ci est ne change pas de position par rapport à nous. Si cette source se rapproche de nous, sa fréquence de vibration N reste la même mais pendant une oscillation, elle s’est rapprochée de la distance v/ n. La longueur d’onde n’est donc plus l = c/ N, mais l’= c/N - V/N

Lorsque la source s’approche, notre oreille perçoit donc le son avec une longueur d’onde plus courte, ce qui rend la fréquence perçue plus aiguë, alors que la source sonore émet toujours la même fréquence. Avec l’éloignement, se produit le phénomène inverse, la longueur d’onde devient plus grande et le son semble devenir plus grave.

Voici une exemple de dispositif illustrant ce phénomène de changement de longueur d’onde

On utilise cet effet Doppler en acoustique et plus souvent en radio-électricité pour mesurer la vitesse d’une automobile ou d’un avion grâce au glissement de fréquence subi par un faisceau acoustique (ultrasons) ou hertzien réfléchi sur sa surface (radar à effet Doppler). En astronomie, l’effet Doppler relatif aux fréquences lumineuses permet de déterminer les vitesses radiales des étoiles ou des galaxies

14-Ondes de choc et Bing Bang supersonique

Un avion qui décrit une trajectoire crée par son frottement dans l’atmosphère au sein de laquelle il se déplace, une onde sonore sphérique. Si cet avion vole à une vitesse égale à celle du son, les ondes sphériques issues de tous les points de cette trajectoire sont tangentes au point A, extrémité avant de l’avion (fig. 18). La pression acoustique à cet endroit est considérable, et l’avion est soumis à des efforts très importants lorsque l’avion arrive à cette vitesse critique : c’est le mur du son. Pour un observateur au sol le passage à cette vitesse se traduit par un double bang ou bien un claquement sec analogue à un coup de fusil. Une fois arrivé au delà de la vitesse du son, les ondes sonores sont tangentes à un cône dont la surface correspond à une pression suffisante pour engendrer ce claquement sec lorsqu’il atteint l’oreille. C’est le cône de Mach. Un concorde volant à Mach 2 traîne un cône de choc de 30°.

15- Intensité et puissance acoustique

Une onde acoustique transmet de l’énergie à travers le milieu où elle se propage. L’intensité acoustique est définie par la quantité d’énergie qui traverse à chaque seconde une unité de surface parallèle au front d’onde. Cette intensité acoustique s’exprime en watts par m2. Elle est proportionnelle :
- à la densité des matériaux traversés par cette onde.
- à la vitesse de propagation dans ce matériau et proportionnelle au carré :
- de l’amplitude et de la fréquence de cette onde.

Dans l’air, la densité moléculaire étant peu élevée, il est difficile d’obtenir des intensités acoustiques importantes. Dans un liquide ou un solide, de très petites amplitudes (1/10 000 mm) suffisent en haute fréquence pour obtenir des intensités très importants.

A titre d’exemple, un haut-parleur dont la membrane a une amplitude de 1/10 mm à 1000 Hz émet une intensité acoustique de 100W/m2 dans l’air. Dans l’eau, un ultrason de 1 MHz, dont l’amplitude à la source est de 10-5 mm correspond à une intensité acoustique de 4000 W/m2.

a- Perception physiologique de l’intensité acoustique

Nous ne percevons les sons que s’ils sont compris entre 20 et 20 000 Hz, mais l’oreille n’est pas sensible de la même manière à toutes les fréquences. Sa sensibilité est maximale entre 1000 et 2000 Hz. Une fréquence de 25 Hz ou bien 18 000 Hz, pour être perçue avec une intensité équivalente devra être beaucoup plus intense qu’une fréquence de 1000 Hz. On représente la zone d’audibilité par un tableau dont l’axe horizontal les fréquences, et sur l’axe vertical les intensités acoustiques. On limite l’aire de sensibilité du côté supérieur par ce qu’on appelle le seuil de douleur, zone où le son commence à faire mal lorsqu’audible.

Ainsi, à une fréquence de 1000 Hz (fréquence comprise dans la zone la plus sensible de l’oreille humaine), l’intensité la plus faible pouvant être perçue est de 10 puissance -12 Watts/m2 et le seuil de douleur se situe vers 1 Watt/ m2.

b- Décibels et Phones

Le rapport des intensités minimales et maximales perçues étant de 10 puissance -12, on établit une échelle logarithmique de niveau relatif dont l’unité est le bel.

L’échelle des intensités relatives à l’oreille humaine à son maximum (1000 Hz) couvre donc 120 décibels, mais on voit sur le schéma qu’elle descend déjà à 70 dB pour une fréquence de 10 000 Hz. Cette définition, physique, ne peut donc servir d’échelle d’intensité qu’au voisinage immédiat de la fréquence de 1000 Hz. On a donc dû introduire une échelle d’intensité physiologique valable à n’importe quelle fréquence, et qui classe les intensités acoustiques sur une échelle de 120 phones. Cette échelle est donc "subjective", adaptée à l’audition humaine, et donc ne correspond à une réalité physique qu’aux environs de 1000 Hz. C’est cependant la seule échelle qui permette de comparer ce que nous percevons les uns et les autres.

c- La pression de radiation

Toute surface réfléchissant une onde acoustique subit une pression du fait du choc produit par cette onde. Cette pression est très difficile à déceler, car infime, mais avec des détecteurs très sensibles, on peut la mesurer lorsqu’elle est provoquée par des ultrasons, qui possèdent une intensité élevée du à leur fréquence même.

16 Les ultrasons

On peut produire ceux-ci avec des sifflets, similaires à ceux audibles, mais avec des cavités de résonance beaucoup plus petites (environ 1 mm2). Ces systèmes acoustiques ne peuvent pas produire des fréquences très élevées. On utilise alors d’autre dispositifs d’émission :

L’émission piézo-électrique :

Soumise à une tension électrique de 3000 Volts, une lame de cristal se contracte de 70 A°. Si l’on applique à cette lame un courant alternatif de la même puissance, cette lame va se mettre à se contracter, dilater selon la fréquence du courant. Immergée dans l’eau, cette lame va propager ces vibrations et créer une onde élastique dans ce milieu.

Une telle lame possède des fréquences de résonance définies par la formule suivante : v= k x c/ 2e (c= célérité du son dans le quartz, e = épaisseur de la lame, k= nombre entier)

Si l’on excite cette lame à sa fréquence fondamentale, l’amplitude des ondes sera plus importante, et l’intensité du signal plus élevée (phénomène de résonance). Compte tenu de la vitesse du son dans le quartz, une lame de 1 mm aura une fréquence de résonance de 2,5 Mhz. Pour obtenir des fréquences de résonance plus élevées (50 000 Hz), il faudrait donc des lames tellement épaisses, qu’on ne trouverait pas de cristal assez gros pour les tailler dedans. On a réglé ce problème en encadrant la feuille de cristal par deux lames de métal, dont la fréquence de résonance est voisine. Dans ce cas là, la lame de cristal transmet ses vibration aux lames de métal, faciles à produire à une épaisseur élevée, et l’ensemble peu produire des vibrations à des fréquences plus hautes (ondes radio ou télévision par exemple). Actuellement, la lame de cristal est souvent remplacée par une lame de céramique.

L’émetteur magnétostrictif :

Dans ce type d’émetteur, l’élément vibrant est une barreau de nickel dont la longueur varie périodiquement lorsqu’il est placé dans un champ magnétique produit par un courant alternatif, mais les fréquences qu’il peut émettre sont plus basses.

a- Directivité d’un faisceau d’ultrasons

Un faisceau d’ondes est dit directif, si dès que l’on s’écarte de quelques degrés de la direction d’émission, le son devient presque imperceptible. On peut produire des tels faisceaux d’ultrasons en utilisant des systèmes paraboliques pour rendre parallèles les ondes à leur émission ou les concentrer à leur réception, puis déterminer leur longueur d’onde en utilisant un fil rougi par la chaleur. Les ultrasons arrivant dans un tube, provoquent des ondes stationnaires. Au point d’amplitudes maximales (ventres), l’air qui vibre augmente la température du fil, et au points d’amplitudes minimales (noeuds) la température du fil est moindre. Ce système permet, en mesurant la distance entre deux noeuds ou ventres de mesurer la longueur d’onde des ultrasons et donc d’en connaître la fréquence.

Cette possibilité d’obtenir des faisceaux d’ondes très directifs est mise à profit par les bateaux ou les sous-marins, dans le sonar. Cette technique utilise la différence de temps entre l’émission d’un train d’ondes et la réception de cette même onde réfléchie par le fond marin pour estimer la profondeur sous la surface.

On peut aussi utiliser les mêmes principes pour déterminer l’épaisseur d’une pièce métallique, ou en déceler les défauts. Dans ce cas, le métal devient le milieu conducteur des ultrasons. D’autre part, on utilise l’intensité élevée des ultrasons pour créer des émulsions dans un liquide, ou bien décaper certaines surfaces solides, voire même les découper.

17- L’acoustique des salles

Une voix, un instrument, un choc d’objet peuvent être assimilés à des sources d’ondes sphériques. L’intensité de ces ondes décroissant en raison inverse du carré de la distance, il est important de bien connaitre les règles de propagation du son et ses réflexion pour assurer l’intelligibilité maximale de ces sons, ou leur qualités musicales. Si l’utilisation de systèmes de sonorisations règle le problème de niveaux sonores, trop faibles elle ne règle pas les problèmes de résonances mal maîtrisées ou de déphasages liés à l’architecture des lieux.

a- La réverbération

On appelle ainsi le phénomène de prolongation du son dans un lieu, après l’arrêt du son d’origine, provoqué par les réflexions multiples de cette onde sonore sur les parois d’un lieu ou sur les objets contenus dans ce lieu. Ce temps de réverbération est défini par l’arrêt et la chute au millionième de l’intensité acoustique d’une fréquence de 1000 Hz en tout point d’une salle. Ce temps dépend des dimensions de la salle, du pouvoir absorbant des matériaux qui la constituent. Ainsi, une salle dont les murs auront un très fort pouvoir absorbant aura un temps de réverbération nul (chambre sourde) tandis qu’un hall de grande dimension aux murs réverbérants aura un temps de réverbération de plusieurs secondes. Une salle de concert nécessite un temps de l’ordre de deux secondes contre une seconde pour un théâtre car les paroles deviennent inintelligibles au delà. Par le même principe, la nef d’une cathédrale, au temps de réverbération très long rendre un discours au débit rapide inaudible, alors qu’un discours à l ’élocution lente s’en trouvera amplifié.

On peut réduire ces temps de réverbération en disposant sur les murs des matériaux absorbants aux formes complexes (studios ou cabines d’enregistrements), ou de la moquette.

On peut aussi réduire ces temps par la présence d’un public qui a des "vertus très absorbantes". L’amphithéâtre de la Sorbonne a un temps de réverbération de 3 s qui descend à 1 s lorsque plein de ses étudiants.

b- Le niveau sonore

Si un niveau de réverbération trop élevé n’est pas souhaitable pour une salle de concert, un niveau trop faible ne l’est pas non plus car l’acteur ou le chanteur devra compenser la baisse du niveau sonore due à l’absence de réflexions par une hausse de sa voix, ce qui entraîne une fatigue rapide, et l’auditeur n’entendra pas suffisamment.

Les architectes de bâtiments anciens utilisaient déjà ce principe lors de la construction des théâtres. La scène y est adossée à un mur qui fait office de réflecteur sonore et fait face aux premiers niveaux de gradins. La réflexion des voix entre le mur arrière et les gradins amplifie l’onde pour la rendre perceptible jusqu’au dernier gradin. Le niveau sonore est donc accru d’un facteur 2, sans problème d’accroissement du temps de réverbération, car les ondes retour liées aux gradins supérieurs sont inexistantes, le théâtre étant à ciel ouvert.

Des principes voisins ou inverses ont été utilisés pour la construction de la salle Pleyel à Paris ou le plafond parabolique de la salle fait office de réflecteur et d’amplificateur des ondes sonores. L’orchestre occupe le foyer de cette parabole. Les sons produits à cet endroit sont donc amplifiés de manière optimale par le plafond et en tous points de la salle. Cette disposition assure une répartition très homogène des ondes pour toute la salle, mais il faut alors que le parterre, les galeries et les escaliers soient très absorbants de manière à éviter un temps de réverbération trop long entre le plafond et les sols ou fauteuils.

Document source : "L’onde sonore" Revue du Palais de la découverte d’ Avril 1977


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