Variance sonore : pourquoi le son change d'une table à l'autre

Un objectif inatteignable, posé comme tel

Créer une écoute uniforme pour tout le public d'un lieu est impossible. Aucune configuration n'y parvient, ni aucun calage, c'est-à-dire aucun réglage du système à la mesure dans la salle finie. Le mieux que l'on puisse espérer est de s'en approcher, et cela suppose des décisions dont on sait qu'elles dégradent certaines zones pour en servir d'autres. Ces décisions se prennent en connaissance de cause.

Pour un restaurant, un bar, un club ou un hôtel, la question à poser sur une installation est donc celle des écarts : sont-ils connus, bornés, acceptables d'une table à l'autre. Ils se rangent en quatre catégories, mesurables séparément.

La variance de niveau et le rapport des distances

Le son s'atténue avec la distance : en champ libre, à chaque doublement, le niveau baisse de 6 dB. C'est la loi du carré inverse, indépendante du matériel. Une enceinte placée à 2 m de la table la plus proche et à 8 m de la plus éloignée délivre 12 dB de son direct de plus à la première. Dans une salle, au-delà de quelques mètres, les réflexions maintiennent le niveau total : c'est la part du son direct, donc la netteté, qui continue de baisser. Dans un restaurant aux surfaces dures, les clients le ressentent comme une cinquième variance, un son clair près de l'enceinte et confus plus loin, et c'est le meilleur argument pour subdiviser la couverture.

Cet écart se formalise par le rapport des distances : distance à l'auditeur le plus éloigné rapportée à la distance au plus proche. Un rapport de 2:1 vaut 6 dB, un rapport de 4:1 en vaut 12. Le premier est la limite pratique de ce qu'une enceinte seule peut compenser par sa directivité, en visant le fond plutôt que l'avant. Au-delà, il faut plusieurs enceintes, ou en grande salle un line array. La subdivision du système, des enceintes distinctes pour des profondeurs distinctes, chacune avec son canal de traitement, se justifie d'ailleurs dès 1,4:1, soit 3 dB, et devient indispensable au-delà de 2:1.

Dans un restaurant tout en longueur servi par une seule enceinte en tête de salle, ce rapport peut dépasser 4:1. Les tables proches reçoivent trop, les tables du fond pas assez, et l'exploitant cherche un réglage qui ne convient à personne. La réponse tient à la couverture, répartie entre plusieurs enceintes dont chacune travaille avec un rapport des distances réduit.

La variance spectrale : le timbre change avec la distance et hors axe

Le niveau n'est pas seul à varier. Les réflexions de la salle relèvent le grave par rapport au son direct, et leur part grandit avec l'éloignement. L'absorption de l'air atténue l'aigu, mais à l'échelle d'une salle elle reste faible : entre 2 et 8 m, elle retire 0,6 dB à 8 kHz et 2 dB à 16 kHz dans un air à 20 °C et 50 % d'humidité, un peu plus en air sec. Dans un club profond, elle compte : entre 2 et 20 m, elle retire 1,5 à 3 dB à 8 kHz et 5 à 8 dB à 16 kHz selon l'humidité. Le résultat est une pente du spectre qui s'accentue avec l'éloignement : un client à 2 m entend un son brillant, un client à 8 m un son plus sombre, surtout parce que la salle y relève le grave. Ce glissement du timbre est naturel, et l'oreille s'en sert pour estimer la distance d'une source. Le défaut à traiter est un écart de timbre brutal entre deux positions voisines.

La directivité des enceintes ajoute une seconde cause. Une enceinte typique est plus large dans le grave que dans l'aigu. Un auditeur dans l'axe reçoit tout le spectre ; un auditeur décalé reçoit le grave entier et un aigu atténué. Le son lui paraît sourd, moins présent, sans qu'il sache le nommer. Ce décalage hors axe, près de l'enceinte, devient lourd dès que le rapport des distances dépasse 2:1 ; des enceintes de remplissage, qui apportent un son dans l'axe à ces positions, le corrigent.

L'objectif de conception est un timbre cohérent sur la zone d'écoute, même s'il varie. Un léger assombrissement au loin est attendu. Une table sourde à côté d'une table claire est un défaut de couverture.

La variance d'image : d'où paraît venir le son

La position perçue de la source change avec la place de l'auditeur. Dans le plan vertical, l'image suit surtout le niveau : la source dominante porte la localisation. Dans le plan horizontal, elle dépend du temps et du niveau, et l'oreille y est plus sensible qu'en vertical. D'où une règle : placer l'enceinte au plus près de ce qu'elle doit renforcer et la faire travailler à un niveau relatif bas.

Dans un restaurant ou un bar, où il n'y a pas de source sur scène, le phénomène se manifeste quand les enceintes sont hautes, sur un mur ou sous un plafond. Pour les tables proches, la musique vient du plafond. Pour les tables éloignées, elle vient de la salle. La hauteur de pose, l'orientation et les niveaux relatifs entre zones proches et éloignées décident de l'écart entre les deux. Une enceinte rapprochée de la hauteur d'oreille se localise moins en hauteur, mais davantage dans le plan horizontal quand on s'en approche : d'où l'intérêt de la tenir à un niveau modéré.

La variance d'ondulation : les réflexions

Lorsque le son d'une enceinte rencontre une surface, mur, sol carrelé, plafond en plâtre, baie vitrée, il revient vers la salle avec un retard sur le son direct. Les deux signaux s'additionnent à certaines fréquences et s'annulent à d'autres. Ce filtrage en peigne creuse la réponse en fréquence, et le motif des creux dépend de la position de l'auditeur par rapport à l'enceinte et à la surface. D'une table à sa voisine, le spectre perçu change. Le client qui trouve que « la musique est bizarre » à sa table, quand ses voisins n'entendent rien d'anormal, est assis dans une zone où ce peigne est marqué.

On distingue l'ondulation frontale, due au mur du fond, latérale, due aux murs de côté, et verticale, due au sol et au plafond. Les deux leviers sont l'absorption et le contrôle de directivité. Le mur du fond est le plus difficile à éviter par la directivité, puisqu'il se trouve derrière les auditeurs que l'enceinte doit couvrir : il est le meilleur candidat à une absorption lourde. Les murs latéraux se traitent mieux par l'orientation, qui peut faire décroître la couverture avant la paroi. Le sol est le cas le plus défavorable sur le papier, même si, en exploitation, tables, nappes, mobilier rembourré et public bloquent une grande part de son rebond. À la table du fond, à 8 m d'une enceinte posée à 2,60 m de haut, ce rebond arrive, si rien ne s'interpose, à moins de 1 dB du son direct et 2,2 ms plus tard : premier creux vers 230 Hz, ondulation de plus de 20 dB. Aucune orientation ne l'évite dans le grave et le médium, le sol étant dans la direction même des auditeurs. Il est dur par nécessité, et seule la moquette lui donne un peu d'absorption dans l'aigu.

Les leviers de conception

Face à ces quatre variances, la démarche vise la variance minimale : des écarts réduits et bornés sur l'ensemble de la zone d'écoute. Elle engage des décisions antérieures au choix des enceintes.

La subdivision du système répond à un rapport des distances élevé. Plusieurs enceintes couvrent chacune une zone, avec un rapport modéré et donc une variance de niveau contenue. Dans un restaurant, cela peut être des enceintes au plafond pour la salle, des enceintes de remplissage sous une mezzanine, un caisson compact pour le grave.

La directivité des enceintes est le deuxième levier. Une enceinte à directivité constante garde un angle de couverture stable sur une large bande, ce qui réduit la variance spectrale entre les positions. Une enceinte à directivité proportionnelle, large dans le grave et de plus en plus étroite vers l'aigu, creuse les écarts de timbre hors axe. Le critère pèse autant que la puissance dans le choix d'un modèle.

La hauteur et l'orientation agissent à la fois sur le niveau, le spectre et l'image. Une enceinte trop haute se localise au plafond. Une enceinte mal orientée envoie une partie de son énergie sur une paroi et fabrique de l'ondulation. La couverture se modélise sur plan avant la pose, et les positions s'ajustent à la géométrie réelle du lieu.

Le calage après installation traite ce qui reste : égalisation des zones dont la réponse penche, retards d'alignement entre enceintes pour que leurs zones de recouvrement ne créent pas de filtrage en peigne, niveaux ajustés pour égaliser la pression d'une zone à l'autre. L'égalisation corrige les écarts larges, communs à toute une zone. Elle ne comble pas un filtre en peigne, dont les creux changent d'une table à l'autre.

Ce que cela change dans un projet

Quand un client trouve que la musique sonne différemment selon la table, ou qu'une zone est trop forte et une autre trop faible, la cause se cherche dans l'une de ces quatre variances, pas dans la playlist ni dans le volume général. Un projet qui les prend en compte dès le plan fixe un rapport des distances par enceinte, choisit la directivité en fonction de la géométrie, place les absorbants là où l'orientation ne suffit pas, puis vérifie à la mesure, lors du calage de l'installation, que les écarts annoncés sont ceux de la salle. Quelques décimètres de hauteur, quelques degrés d'orientation, quelques millisecondes de retard séparent une couverture dont on parle d'une couverture que personne ne remarque.

Sources : Bob McCarthy, « Sound Systems: Design and Optimization ». Gary Davis et Ralph Jones, « Yamaha Sound Reinforcement Handbook ». Norme ISO 9613-1. Merlijn van Veen, « Hyped or Not? », Live Sound International. Merlijn van Veen, calculateurs « air absorption » et « floor bounce ».