Lien entre réverbération, rapport signal-sur-bruit et intelligibilité

La propension d’une salle à faciliter la communication orale peut être quantifiée par une me- sure dite d’ « intelligibilité de la parole ». Cette métrique correspond grossièrement au pourcentage de parole correctement reconnu par les auditeurs. Hodgson postule, dans une étude recensant les caractéristiques acoustiques de diverses salles d’université [72], que cette métrique ne dépend que de deux facteurs :

– Le rapport signal-sur-bruit – Signal-to-noise ratio – qui correspond à la différence de niveau acoustique entre signal de parole et bruit de fond. Le signal de parole est le signal provenant du

locuteur tel que reçu par l’auditeur. Le bruit de fond est ici associé aux autres sources sonores qu’il est possible de trouver dans un tel environnement : bruit de ventilation, bruit d’activité des étudiants, bruit d’équipement particulier (projecteur, . . .) et bruits extérieurs à la salle. – La réverbération, dont le degré peut être quantifié par les différentes métriques évoquées en

section 3.1.2. Dans le cas de l’étude de l’intelligibilité, on utilise souvent le rapport des éner- gies précoce et tardive, évaluées sur la réponse impulsionnelle (similaire au descripteur de cla-

rity de Barron [14], voir section 3.1.2), voire directement sur un signal de parole [31] (dans le

second cas, toutefois, on parle plutôt de parties utile et préjudiciable à l’intelligibilité – use-

ful/detrimental).

Il est généralement admis que les relations entre ces paramètres et l’intelligibilité sont mono- tones. Ainsi, d’un côté, l’intelligibilité augmente lorsque le rapport signal-sur-bruit augmente, et de l’autre, elle diminue lorsque la réverbération augmente. La plupart des études expérimentales tendent à confirmer cette hypothèse en établissant que la condition théoriquement idéale de réverbération pour favoriser l’intelligibilité est le champ libre, correspondant notamment à un temps de réverbé- ration nul. Parmi celles-ci, l’étude de Náb˘elek et Robinson [111], dans une approche perceptive de l’intelligibilité, a exploré différentes situations de réverbération en utilisant une méthode de MRT –

Modified Rhyme Test2– à niveau de parole constant et sans bruit de fond. La mesure d’intelligibilité ainsi obtenue, sous la forme de pourcentage de reconnaissance correcte, augmente lorsque la réver- bération diminue, ce qui semble confirmer l’hypothèse d’un temps de réverbération idéalement nul. D’autres études [110, 60] ont intégré le paramètre de rapport signal-sur-bruit dans le même type d’ex- périence et ont obtenu la même conclusion en termes de relation entre réverbération et intelligibilité. Il existe toutefois une théorie selon laquelle la réverbération peut avoir un effet bénéfique sur l’intelligibilité car elle permet d’augmenter le niveau sonore global du signal de parole. La valeur de réverbération optimale serait alors non-nulle. Cette hypothèse est supportée par plusieurs études abordant la prédiction théorique de l’intelligibilité à partir, notamment, des métriques évoquées en section 3.1. Plomp et al. [125] ont ainsi trouvé un temps de réverbération optimal variant de 0,3 s à 1,7 s en fonction de la taille de la salle. Bistafa et Bradley [22] incorporent dans leur étude de l’intel- ligibilité le paramètre de rapport signal-sur-bruit et trouvent un temps de réverbération optimal de 0,1 s à 0,6 s en fonction également du volume de la salle. Ils justifient ce résultat en expliquant qu’une légère réverbération permet d’augmenter la partie précoce de l’énergie sonore, compensant ainsi la présence du bruit de fond.

Hodgson [73] tente d’aborder cette problématique et la controverse issue de la comparaison de ces études en posant l’hypothèse selon laquelle les paramètres de réverbération et de rapport signal- sur-bruit ne sont pas indépendants. Afin de tester cette hypothèse, il prend également en compte, au travers d’un modèle de prédiction théorique raffiné, les distances séparant l’auditeur des sources de parole et de bruit. Il observe ainsi que lorsque l’auditeur est plus proche du locuteur que de la source de bruit ou à égale distance, le temps de réverbération optimal est nul, tandis que, dans le cas inverse, il devient non-nul. Ceci peut s’expliquer par le fait que, lorsque la distance entre auditeur et locuteur est plus grande que celle entre auditeur et source de bruit, l’augmentation de la partie précoce de la réverbération du signal de parole – plus importante relativement au niveau émis que pour le bruit de fond – entraîne une augmentation du rapport signal-sur-bruit, qui peut compenser l’effet négatif inhérent à la réverbération. Il explique alors les résultats contradictoires des études précédemment mentionnées par certaines limitations pratiques des expériences qui y sont réalisées.

En effet, les études expérimentales ayant abouti à des temps de réverbération optimaux nuls, par les procédures expérimentales adoptées, ne prennent pas en compte la présence de bruit de fond, ou négligent l’influence de la réverbération sur les niveaux perçus des différentes sources.

Malgré tout, cette théorie n’est pas adoptée systématiquement dans la littérature et on considère souvent, dans une approximation raisonnable, que la valeur de réverbération maximisant l’intelli- gibilité est nulle ou très proche de 0. Par ailleurs, certaines études [30, 23] ont établi les conditions optimales de rapport signal-sur-bruit et de réverbération, notamment dans le cas de salles de classes. Selon les résultats de ces études, le temps de réverbération ne doit pas dépasser 0,7 secondes, tandis que le rapport signal-sur-bruit doit atteindre 15 dB(A) au minimum, ce qui implique un niveau de bruit de fond maximum de 35 dB(A), dans des conditions normales de paroles [124].