Lire une carte de prévision acoustique

D'où vient la carte : modèle, directivité, implantation

Trois ingrédients entrent dans le calcul. Le premier est le modèle de la salle : les plans de l'architecte, les hauteurs sous plafond, les mezzanines, les retombées, tout ce qui place un obstacle ou une distance entre une enceinte et une oreille. Le deuxième est la donnée de directivité de chaque enceinte. Un constructeur professionnel mesure ses enceintes en chambre sourde, dans toutes les directions et à toutes les fréquences, et publie le résultat dans un fichier que les logiciels de prévision savent lire. Une enceinte dont la directivité n'est pas publiée ne peut pas être placée sur une carte ; son implantation se devine. Le troisième ingrédient est la position, l'orientation et le réglage de chaque source.

Le logiciel calcule alors, en chaque point d'un plan placé dans la salle, la pression que l'ensemble des sources y produit. Le résultat s'affiche en couleurs. Une carte n'est donc pas un dessin : c'est un calcul dont la validité dépend de la justesse de ses trois entrées. Si le plafond est à 3,20 m sur la carte et à 2,80 m sur le chantier, la carte est fausse.

L'échelle

La première chose à regarder sur une carte est la légende. Une échelle de couleurs qui court sur quarante décibels donne une salle uniformément verte : tout y paraît homogène, parce que la moindre nuance de couleur représente un écart énorme. Une échelle serrée, de 90 à 110 dB par exemple, fait apparaître les irrégularités de quelques décibels qui s'entendent d'une table à l'autre.

Un dossier d'étude fixe une tolérance, le plus souvent plus ou moins 3 dB autour du niveau cible, et choisit une échelle où tout ce qui tient dans cette tolérance porte une couleur identifiable. La lecture devient alors simple : les zones de cette couleur sont servies, les autres ne le sont pas. Une carte sans légende ne se lit pas.

La fréquence affichée

Une enceinte ne rayonne pas de la même façon à toutes les fréquences. Dans l'aigu, elle est directive : l'énergie part dans un angle précis, et à côté de cet angle il n'y a rien. Dans le grave, elle rayonne dans toutes les directions. Une carte calculée sur l'ensemble du spectre fait la moyenne de ces comportements et peut masquer un trou dans l'aigu entre deux enceintes, parce que le grave le remplit.

Un dossier d'étude présente donc plusieurs cartes, de préférence en bandes d'octave ou de tiers d'octave plutôt qu'à une fréquence unique : l'oreille intègre sur une bande, et une carte calculée à une seule fréquence, avec la phase, dessine des creux plus profonds que ceux qu'on entend. Une carte en bande d'octave centrée sur 4 000 Hz montre la zone du spectre où l'oreille est la plus sensible et où se jouent l'intelligibilité et les attaques : c'est la carte des angles de visée, celle qui révèle si deux enceintes se recouvrent bien ou laissent une table dans l'ombre. Une carte en bande d'octave centrée sur 63 Hz montre la répartition du grave et les lobes d'interférence entre caissons de basses. Une carte large bande en dB(A) donne le niveau tel que le sonomètre le lirait, et sert à vérifier la tolérance globale. Pour un line array, une colonne d'enceintes accrochées en courbe, une carte dans le médium s'ajoute : vers quelques centaines de hertz, son faisceau vertical se resserre et peut passer au-dessus des premiers rangs, ce qu'aucune égalisation ne rattrape.

La hauteur du plan de calcul

Le plan sur lequel le niveau est calculé doit être placé là où le public écoute. Pour un public assis, à 1,20 m. Pour un public debout, vers 1,65 m. Dans un studio de vélo en salle, à hauteur des têtes des cyclistes, assis ou en danseuse. Une carte calculée au sol ou à hauteur d'enceinte ne décrit personne.

Cette hauteur change le résultat de façon sensible dans les salles à faible hauteur sous plafond, où quelques dizaines de centimètres rapprochent ou éloignent nettement de l'axe de l'enceinte. Le dossier indique la hauteur retenue ; sans cette indication, la carte n'est pas interprétable.

Additionner avec la phase

Lorsque deux sources arrivent au même point, le logiciel peut additionner leurs puissances, ou additionner leurs ondes en tenant compte de la phase : c'est la sommation dite complexe. La première méthode donne une carte lisse et rassurante. La seconde fait apparaître ce qui se passe vraiment : là où les deux ondes arrivent en phase, un renfort ; là où elles arrivent en opposition, une annulation. Ces annulations existent dans la salle, et elles s'entendent. La carte se lit alors à l'écart de niveau entre les deux arrivées. À moins de 4 dB l'une de l'autre, leurs creux et leurs bosses dépassent 12 dB : c'est la zone de peigne. Entre 4 et 10 dB d'écart, l'ondulation reste entre 6 et 12 dB. Au-delà de 10 dB, elle passe sous 6 dB. Enfin, la somme ne dépasse chaque source seule que tant que leurs arrivées restent très proches dans le temps : à 100 Hz, moins de 3,3 ms d'écart.

L'addition avec la phase s'impose pour les caissons de basses, dont les longueurs d'onde se comptent en mètres et dont les interférences dessinent des creux profonds à des positions fixes de la piste. Elle est tout aussi utile dans les zones de recouvrement entre enceintes principales, où elle révèle la variance d'ondulation qu'une carte en puissance efface. Un dossier précise le mode de sommation employé. S'il ne le précise pas, la question mérite d'être posée.

Le champ libre : une salle sans murs

La plupart des cartes sont calculées en champ libre : comme si la salle n'avait pas de murs. Ce n'est pas une facilité, c'est un choix. La carte montre ainsi le système lui-même, ce que les enceintes produisent par elles-mêmes, sans que les réflexions des parois viennent brouiller la lecture. C'est sur cette base que l'implantation se compare d'une variante à l'autre.

Il faut donc lire la carte pour ce qu'elle est. Dans la salle réelle, les parois renvoient de l'énergie. Au-delà de la distance critique, où le son réfléchi l'emporte sur le son direct, souvent 2 à 3 m dans un restaurant aux surfaces dures, le niveau cesse de baisser et peut dépasser de plusieurs décibels ce que dit la carte, tandis que la clarté diminue ; elle dépend du temps de réverbération. Sous une centaine de hertz, dans une salle fermée, les modes propres de la pièce, des ondes stationnaires fixées par ses dimensions, se superposent à ce que montre la carte à 63 Hz ; seule la mesure, ou un modèle qui inclut les parois, les révèle. Ces effets se calculent avec un modèle complet de la salle, qui demande de connaître les matériaux de chaque surface. Ils relèvent de l'étude acoustique, qui vient compléter la carte, et non la remplacer.

Lire une série

Un dossier d'étude pour un club présente typiquement trois cartes de la même implantation. La carte large bande, en dB(A), avec sa tolérance de plus ou moins 3 dB : tout ce qui porte la couleur de la tolérance reçoit le niveau cible à 3 dB près, d'un bout à l'autre de la piste. La carte à 4 000 Hz : homogène, elle dit que la salle entend clair partout ; tachetée, elle dit que les angles de visée ou le nombre d'enceintes sont à revoir. La carte à 63 Hz : régulière, elle dit que les caissons n'interfèrent pas entre eux, sans rien dire des modes de la salle ; marquée de creux et de bosses, elle dit que les caissons interfèrent et que leur disposition est à reprendre.

Une mauvaise carte se reconnaît vite : des taches chaudes sous chaque enceinte, des zones froides entre elles, de l'énergie sur les parois et dans les coins au lieu de la zone d'écoute. Une bonne carte se lit d'un coup d'œil. La zone d'écoute porte une seule couleur et le reste de la salle en porte une autre, plus froide.

Ce qu'une carte ne montre pas

La carte ne dit rien du temps de réverbération, des matériaux, du bruit de la ventilation, de la transmission vers les voisins par les parois ou par la structure. Elle ne dit rien non plus de ce que le public ressentira, seulement de la pression qu'il recevra. Elle ne remplace ni l'étude acoustique de la salle, ni l'étude de l'impact des nuisances sonores que le décret de 2017 impose aux lieux diffusant des sons amplifiés. Elle en est l'un des éléments.

Elle dépend enfin des plans. Une mezzanine oubliée, une hauteur erronée, une cloison déplacée après l'étude, et la carte décrit une salle qui n'existe plus. Les modifications du projet se répercutent sur la carte, ou la carte perd sa valeur.

Ce qu'on en fait

La carte sert à décider avant la commande. L'architecte y voit où les enceintes se placent et peut discuter chaque position ; le maître d'ouvrage y lit si la salle sera servie ; l'intégrateur y teste ses variantes, deux enceintes de plus, un angle de visée différent, un caisson de basses déplacé. Une fois l'installation posée et calée, c'est-à-dire réglée à la mesure dans la salle finie, un relevé aux mêmes points vient confirmer ce que la carte annonçait. L'écart entre les deux est la mesure de la qualité de l'étude.

Trois questions au fournisseur rendent un dossier vérifiable. Les données de directivité sont-elles celles du constructeur, au format qu'il publie, et à quelle résolution en angle et en fréquence ? La carte sort-elle du logiciel d'un constructeur, qui ne simule que ses propres enceintes et ne permet donc pas de comparer deux marques ? Quelle tolérance, quelles bandes de fréquences, quelle hauteur de plan et quel mode de sommation ont été retenus ?

Sources : Bob McCarthy, « Sound Systems: Design and Optimization ». Rog Mogale, « A Practical Guide to Bass Arrays ». Norme ISO 3382-1. Décret n° 2017-1244 du 7 août 2017 relatif à la prévention des risques liés aux bruits et aux sons amplifiés. Merlijn van Veen, « Beaming Frequency », Live Sound International. Merlijn van Veen, calculateur « spatial distribution ».