ACOUSTIQUE ARCHITECTURALE

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Acoustique interne

Généralités

Les salles d'écoute, les studios d'enregistrement, les locaux d'habitation doivent posséder un certain nombre de caractéristiques acoustiques.

L'acoustique interne définit les qualités souhaitables et propose les corrections parfois nécessaires. Wallace Clement Sabine a étudié ces problèmes et a reconnu qu'une des caractéristiques essentielles des salles était le temps de réverbération. Il a appelé temps de réverbération, le temps T qui s'écoule entre le moment où la source cesse d'émettre et le moment où l'intensité acoustique moyenne du son dans la salle a décru jusqu'au millionième de sa valeur initiale, ce qui représente un affaiblissement de 60 dB.

Première loi de Sabine : « La courbe d'établissement d'un son et sa courbe d'affaiblissement ont une allure approximativement exponentielle. »

La décroissance du niveau sonore est exponentielle si la salle est de forme régulière et si l'absorption est uniforme.

Seconde loi de Sabine : « Le temps de réverbération TR est quasiment indépendant de la position de la source et de la position d'écoute. » La réverbération est utile puisqu'elle contribue à renforcer l'intensité acoustique dans les salles. Elle est nuisible parce qu'elle produit un « effet de masque » des sons successifs.

Acoustique architecturale

Dessin : Acoustique architecturale

Courbe de temps de réverbération en fonction de la fréquence pour l'ancien et le nouveau Metropolitan Opera de New York. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Il y a donc à trouver un compromis et un temps de réverbération optimal. Le temps de réverbération doit être adapté aux conditions d'utilisation de la salle. Pratiquement, il peut être calculé en fonction du volume (en m3) par la relation :

TR = KV1/3, V étant le volume de la salle, K un coefficient qui varie de 0,075 pour une salle de conférence à 0,09 pour une salle de concert, et atteint 0,1 pour un édifice religieux. L'écho se manifeste quand l'oreille perçoit deux ou plusieurs sons distincts à partir de l'émission d'un son. Ce phénomène est dû à la réflexion des ondes acoustiques sur les parois de la salle. Entre deux parois lisses et parallèles, les ondes sonores se réfléchissent un grand nombre de fois sans affaiblissement notable.

Les ondes acoustiques interfèrent selon leur déphasage, et, pour certaines fréquences, il en résulte une annulation ou une atténuation considérable. D'autres fréquences arrivent en phase, ce qui conduit à un renforcement.

Lorsque le son émis est bref, ces variations donnent l'impression d'une série d'échos très rapprochés, c'est le flutter echo. Tout phénomène d'écho doit être proscrit. Pour cela il faut éviter les grandes surfaces lisses et parallèles. Le traitement absorbant d'au moins une des surfaces permet de résoudre le problème.

Matériaux absorbants

La détermination du temps de réverbération d'une salle exige la connaissance du coefficient a d'absorption des matériaux de revêtement intérieur des parois. On définit ainsi le rapport de l'énergie absorbée à l'énergie incidente.

Une des méthodes classiques, utilisée pour la mesure du coefficient a, consiste à introduire une certaine surface S1 du matériau absorbant dans une chambre réverbérante de surface réfléchissante S et ayant, avant l'introduction du matériau, un temps de réverbération :

a0 désignant le coefficient d'absorption des parois réfléchissantes. Après introduction du matériau, on relève un temps de réverbération :
d'où a en éliminant a0 des deux équations. On peut distinguer plusieurs types de matériaux absorbants. D'abord les matériaux poreux (étoffes, tapis, feutres, laine de verre, panneaux de fibres végétales ou minérales, plâtres acoustiques). Dans ces matériaux, l'énergie sonore est dissipée par viscosité. L'énergie absorbée étant d'autant plus grande que l'énergie réfléchie à la surface est faible, il faut que les impédances des milieux air et matériau soient adaptées. Dans ces matériaux, le taux d'absorption croît avec la fréquence : très faible pour les basses fréquences, il devient important pour les fréquences élevées.

Un autre type d'absorbant est constitué par les membranes vibrantes. On retrouve ici l'effet de paroi, les membranes sont des absorbants pour les fréquences basses.

Enfin, le dernier type d'absorbant est le résonateur. Un résonateur acoustique est équivalent à un système mécanique masse-ressort. Le résonateur acoustique est un solide creux, muni d'un goulot. La masse d'air contenue dans le goulot est mise en mouvement, il se produit un amortissement, une fraction de l'énergie est dissipée par frottement sur les parois du goulot, et par viscosité dans un matériau poreux placé à l'intérieur du résonateur.

Un [...]

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Écrit par :

  • : professeur d'acoustique à l'université du Maine, Le Mans
  • : professeur honoraire au Conservatoire national des arts et métiers, ancien directeur du laboratoire d'électro-acoustique du Conservatoire national des arts et métiers

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Pour citer l’article

Michel BRUNEAU, André DIDIER, « ACOUSTIQUE ARCHITECTURALE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 13 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acoustique-architecturale/