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Spécialité Thème : Son et musique Documents + TP
Physique Son et architecture : Temps de réverbération Chap.9
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 1 : L’évolution de l’acoustique
Voir la vidéo sur l’évolution de l’acoustique (Claire Capdeville) Document 2
Dans un local, un son parvient à l’auditeur tout d’abord directement, puis après avoir été réfléchi une ou plusieurs fois sur les parois. Si le son parvenant à l’auditeur après réflexion est distinct du son lui parvenant directement, il y a écho. Si le son parvenant à l’auditeur après réflexion n’est pas distinct du son lui parvenant directement, le son semble prolongé : il y a réverbération. La réverbération est donc la persistance d’un son dans un espace clos (ou semi-clos) après interruption brusque de la source sonore.
L’oreille devrait percevoir successivement le son en provenance directe de la source, puis le son s’étant réfléchi une fois, puis le son s’étant réfléchi une deuxième fois, puis le son s’étant réfléchi une troisième fois, etc. Si le premier son paraît prolongé, c’est parce que l’oreille humaine est incapable de distinguer deux sons successifs quand ils sont trop proches dans le temps. De la même manière, l’œil est incapable de distinguer deux images successives quand elles sont trop rapprochées dans le temps qui a permis la naissance du cinéma.
Il est aisé de percevoir la différence entre l’écho et la traînée sonore d’un son en claquant des mains en plein air devant un mur. Le son émis par le claquement des mains parvient à l’oreille de l’auditeur tout d’abord directement puis après réflexion sur le mur. Près du mur, le son paraît bref ; plus l’auditeur s’éloigne du mur, plus le son lui paraît prolongé ; à plus de 17 m du mur, deux sons distincts sont perçus : il y a écho. La différence de parcours entre le son direct et le son réfléchi est supérieure à 34 m, ce qui correspond à un décalage de plus de 1/10 s puisque la vitesse du son dans l’air est de l’ordre de 340 m/s. Un second mur et, a fortiori, un troisième mur donneraient l’impression d’un son encore plus prolongé. Dans un espace clos, avec le même type de mur, cette prolongation du son, ou « réverbération », est encore plus importante.
La durée de réverbération TR (ou Tf60, ou T) d’un local, également appelée temps de réverbération, est le temps (en s) que met le son pour que son niveau d’intensité diminue de 60 dB après interruption de la source sonore
(document 3).
Autrement dit, c’est le temps que met le son pour que son intensité devienne le millionième de ce qu’elle était au départ puisque : L1 – 60 = 10 log
I
I0 - 10 log(106) = 10 log
I I0 106
I0 : intensité sonore de référence égale à 10-12 W/m2 ; I : intensité sonore ; L1 : niveau sonore en dB Document 3 : 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.
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Document 4 : coefficient d’absorption du matériau et formule de Sabine
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
i Si où i représente le coefficient d’absorption du matériau de surface Si.
On appelle coefficient d’absorption d’un matériau, le rapport : = énergie absorbée énergie incidente.
dépend de la nature du matériau et de la fréquence de l’onde incidente sur la paroi.
Dans la plupart des situations, la durée de réverbération se calcule par la formule empirique de Sabine : TR = 0,16 V
A avec TR s’exprime en seconde (s) ; la surface A est exprimée en m2 et le volume V en m3. Cette formule est valable si l’énergie réverbérée est uniformément répartie dans la salle.
Document 5 : Type de salle et réverbération
Document sonore et vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=zq07ZFMvo-c (source : Ecore Acoustics)
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
Questions
1) Donner la définition de la durée de réverbération d’une salle.
2) Quelle est la différence entre la réverbération et l’écho ?
3) Quels sont les inconvénients d’une pièce présentant une durée trop grande de réverbération ? 4) Quels sont les inconvénients d’une pièce présentant aucune réverbération ?
5) Comment peut-on limiter la réverbération d’une pièce ? 6) La durée de réverbération dépend-elle de la fréquence du son ?
7) Comparer les durées de réverbération de Notre de Dame de Paris et de l’opéra de la Bastille et argumenter en tenant compte de l’utilisation de chacune des deux salles.
8) Quelle est l’unité du coefficient d’absorption ?
9) Un coefficient d’absorption = 1 correspond-il à un matériau absorbant ou un matériau réverbérant ?
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II. Problème : comment améliorer l’acoustique de la salle de TP ou de cours ?
Vous devez vérifier si la durée de réverbération de la salle est correcte ou non.
Vous devez présenter un rapport d’environ une page (sans les calculs), pour proposer une amélioration de l’acoustique de cette salle.
Vous devez faire des mesures et des calculs pour preuve de votre solution à remettre au professeur.
Des groupes seront faits pour faire les mesures nécessaires.
Matériel à votre disposition :
Télémètre
Règle ou équerre en bois + marteau
Sonomètre
Microphone
Interface d’acquisition Orphylab Exemples de valeurs de et de A
Coefficient d’absorption
250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz Murs et plafonds
Plâtre peint 0,01 0,02 0,03 0,04
Vitrages 0,25 0,18 0,12 0,07
Porte bois traditionnelle 0,11 0,1 0,19 0,08
Rideaux lourds 0,31 0,49 0,5 0,56
Plafond acoustique 0,28 0,78 0,75 0,79
Sols
Parquet collé 0,04 0,06 0,06 0,06
Carrelage 0,08 0,02 0,03 0,04
Moquette sur béton 0,08 0,21 0,26 0,27
Aire d’absorption équivalente A (m2) 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz
Personne assise 0,36 0,45 0,5 0,5
Personne assise sur siège capitonné 0,36 0,4 0,46 0,48
