Le grave par le plancher : transmission solidienne et désolidarisation des subwoofers

Deux chemins

Quand une enceinte joue, l'air de la salle vibre. Cette vibration atteint les murs, le plafond, le sol, et une partie traverse. C'est la transmission aérienne, et elle obéit à une règle simple : plus la paroi est lourde, moins elle laisse passer. Un mur épais, une porte pleine avec un sas en sont les réponses classiques, et le niveau transmis diminue avec la distance et avec chaque paroi traversée. Une double paroi désolidarisée fait mieux encore, sauf autour de sa propre résonance : l'air enfermé entre les deux parements fait ressort, et cette résonance tombe souvent entre 50 et 100 Hz, en plein dans le grave d'un club. Dans cette bande, la double paroi isole moins que sa seule masse.

Le second chemin ne passe pas par l'air. Un caisson de basses posé sur le sol transmet sa vibration à la dalle par ses appuis, à chaque coup de kick. La dalle vibre, et cette vibration se propage dans le béton, dans les poutres, dans les poteaux, dans les canalisations et les gaines, avec peu de pertes : quelques décibels à chaque jonction. À chaque fois qu'elle rencontre une surface libre, un plafond, un mur de chambre, un parquet, cette surface se met à rayonner comme la membrane d'un haut-parleur. C'est la transmission solidienne. La distance ne protège plus : la structure conduit le grave là où l'air ne l'aurait jamais porté. Et à fort niveau, l'air de la salle met lui-même la dalle et le plafond en vibration : cette part-là ne se traite que par le bâti.

Pourquoi le grave surtout

Une paroi oppose au son son inertie. À masse égale, plus la fréquence est basse, plus elle se laisse mettre en mouvement, et plus elle transmet. C'est la loi de masse : l'affaiblissement gagne 6 dB à chaque octave, et 6 dB à chaque doublement de la masse. Le grave traverse donc les parois plus facilement que le médium, et il faut beaucoup de masse pour l'atténuer. C'est aussi le registre que la structure conduit le plus loin : un caisson posé au sol ou une enceinte boulonnée sur une poutre y injectent leur vibration par leurs appuis, sans passer par l'air.

Il y a une raison d'exploitation aussi. Le grave est ce qui fait danser, et c'est la partie du spectre que pousse la sonorisation d'un club. Les sonomètres le mesurent en pondération C, qui tient compte des basses fréquences là où la pondération A les atténue. Le voisin, lui, n'entend que cela. De la musique, il reçoit la pulsation du kick, sans la mélodie, sans la voix, à une heure où il voudrait dormir. C'est une plainte fréquente, et l'une des plus difficiles à régler après coup.

Un cas réel

Le cas concerne un établissement installé sous un immeuble d'habitation. Le diagnostic acoustique y relève une isolation faible vers les appartements et vers la rue, une gaine technique qui fait pont phonique, et deux défauts d'installation : un système de diffusion fixé à même les poutres porteuses, et des caissons de basses posés sans désolidarisation sur le plancher bas. Les deux génèrent des vibrations importantes, surtout avec une musique chargée dans les octaves 63, 125 et 250 Hz. La musique est nettement audible dans les couloirs de l'immeuble, du premier au sixième étage, par un placard technique.

Les travaux prescrits portent sur le bâti, sur le renouvellement d'air, et sur le système lui-même : choix de l'emplacement des caissons fixes, désolidarisation des systèmes de diffusion et des caissons de basses, emplacement du limiteur de pression acoustique. À la réception, les mesures concluent à l'absence de transmission vibratoire entre le système et l'enveloppe interne de l'établissement, à une sonorisation inaudible dans les parties communes et légèrement audible dans l'appartement du premier étage, pour une diffusion de 106 dB(A) dans l'établissement pendant les essais. En exploitation, le niveau admissible est ensuite fixé à 102 dB(A) sur quinze minutes, la limite réglementaire.

Masse et ressort : désolidariser les caissons

Désolidariser, c'est interposer entre la source et la structure un système qui ne transmet pas la vibration. Le principe est celui d'une masse sur un ressort. Un tel système a une fréquence propre, à laquelle il résonne. Bien en dessous de cette fréquence, il transmet tout. Autour d'elle, il amplifie. Ce n'est qu'au-dessus, à partir d'environ 1,4 fois la fréquence propre, qu'il commence à isoler, et l'isolement augmente ensuite avec la fréquence.

La conséquence est directe : la fréquence propre du montage doit être nettement inférieure à la plus basse fréquence que le caisson produit. Pour l'abaisser, on alourdit la masse et on assouplit le ressort. En pratique, un caisson repose sur un socle lourd, lui-même posé sur des plots en élastomère ou sur des ressorts choisis pour la charge. Pour un caisson qui descend à 40 Hz, on vise une fréquence propre vers 10 à 15 Hz, ce qui représente quelques millimètres d'écrasement sous le poids. La dalle flottante applique le même principe à toute la piste : une chape lourde coulée sur une couche souple, sans contact rigide avec la dalle ni avec les murs. À l'inverse, un caisson posé sur une mousse fine ou sur un tapis a une fréquence propre trop haute : le montage amplifie dans le grave au lieu d'isoler, et la situation est pire qu'au sol nu.

Le dimensionnement d'un tel montage se calcule à partir de la masse du caisson, de la raideur des plots et de la bande utile du système. L'écrasement mesuré au repos ne suffit pas : sous la vibration, un élastomère ou une mousse se montre 1,5 à 3 fois plus raide qu'au repos, et sa fréquence propre réelle se situe 20 à 70 % plus haut que celle qu'on déduit de l'écrasement. C'est ce qui fait résonner la mousse fine dans la bande du caisson. Un tel montage ne s'improvise pas sur le chantier.

Les accroches

Les enceintes suspendues posent le même problème par le haut. Une enceinte boulonnée sur une poutre ou une lisse métallique transmet sa vibration à la charpente, qui la conduit aux planchers des étages. Les fixations existent avec des éléments de découplage, ressorts ou silentblocs, dimensionnés pour la charge. Les câbles qui descendent vers l'enceinte peuvent eux-mêmes servir de pont s'ils sont tendus et fixés rigidement : une boucle souple suffit à couper ce chemin.

Les ponts

La structure offre des chemins que le plan ne montre pas. Les anciens conduits de cheminée, les poteaux verticaux en fonte qui traversent les étages, les dalles ferraillées, les gaines techniques et les placards en font partie. Un caisson contre un poteau porteur l'alimente directement. Un caisson dans un angle profite du renfort des parois pour le niveau dans la salle, et le paie en transmission dans les deux murs qu'il touche.

Le choix de la position tient compte de ces chemins. Il tient compte aussi de la directivité : un ensemble de caissons monté en cardioïde envoie son énergie vers la piste et en retire derrière lui, ce qui soulage la paroi arrière et le voisin qui vit derrière elle. Encore faut-il lui laisser de l'air : glissé sous une estrade ou encastré dans une niche, un montage cardioïde perd l'essentiel de son effet. Le décret de 2017 demande que l'étude de l'impact des nuisances sonores (EINS) examine les différentes configurations possibles d'aménagement du système de diffusion. C'est exactement ce travail : comparer des positions et des montages avant d'en choisir un.

Ce que la loi mesure chez le voisin : l'émergence

Chez le voisin, la réglementation ne mesure pas un niveau mais une émergence : l'écart entre le bruit ambiant quand l'établissement fonctionne et le bruit résiduel quand il est fermé. Pour un lieu clos qui diffuse des sons amplifiés à des niveaux élevés, le code de l'environnement fixe l'émergence globale à 3 dB(A) et l'émergence spectrale à 3 dB dans chaque bande d'octave de 125 à 4 000 Hz. L'octave de 63 Hz, celle où le kick et la basse portent le plus d'énergie, n'est pas couverte par l'émergence spectrale. Elle entre dans l'émergence globale, mais la pondération A l'y atténue d'environ 26 dB : elle y pèse peu, alors qu'elle est ce que le voisin décrit quand il se plaint.

Reste un levier qui se passe de travaux : le contenu. Un filtre passe-haut coupe sous la bande musicale utile, souvent vers 35 à 40 Hz ; ce qu'il retire fait vibrer la dalle sans rien apporter à la piste. Et quand l'EINS le demande, le limiteur de pression acoustique peut limiter octave par octave, et retenir le grave sans toucher au reste du programme. Beaucoup de limiteurs du marché le permettent, et c'est souvent ce qui permet à un lieu de rester ouvert sans toucher au bâti. Pour le reste du décret, l'EINS, le limiteur qu'elle peut prescrire et les sanctions, l'article sur la diffusion distribuée en fait le tour.

À la réception

Une désolidarisation se vérifie. Une fois le système posé et calé, c'est-à-dire réglé à la mesure dans la salle finie, on mesure dans l'appartement voisin, au niveau d'exploitation prévu, avec un bruit rose puis avec le programme musical, en bandes d'octave. Le bruit résiduel se relève la nuit, établissement fermé : en logement, il tombe souvent sous 25 dB(A), et 3 dB d'émergence au-dessus d'un fond aussi bas laissent très peu de marge. C'est ce qui rend la règle sévère. La mesure dit si le grave passe encore, et par où ; ses conclusions chiffrées ferment le projet et protègent l'exploitant le jour où la question se pose.

Dans un lieu déjà ouvert, la même mesure vient en premier : mesurer une transmission existante avant de modifier un lieu, c'est par là que commence le travail du bureau d'étude.

Sources : CidB, « Guide d'accompagnement de la réglementation relative aux sons amplifiés ». Décret n° 2017-1244 du 7 août 2017 relatif à la prévention des risques liés aux bruits et aux sons amplifiés. Bob McCarthy, « Sound Systems: Design and Optimization ». Norme IEC 61672-1.