Qu'il s'agisse d'une enceinte hi-fi, d'un home cinéma, d'un studio d'enregistrement ou d'une salle de cinéma, le système d'enceintes interagit avec la pièce. Les normes nationales de construction précisent généralement les indicateurs de performance d'isolation acoustique des maisons, mais n'incluent généralement pas le traitement des sons réfléchis. En l'absence de traitement acoustique, les enceintes, aussi performantes soient-elles, rencontrent généralement des interférences. De nos jours, les matériaux de traitement acoustique sont indispensables.
Les matériaux de traitement acoustique peuvent être classés en trois grandes catégories selon leur fonction : les matériaux absorbants , les matériaux diffusants et les matériaux isolants. Parmi eux, outre les panneaux absorbants classiques, on trouve également les pièges à basses fréquences, généralement utilisés pour absorber spécifiquement les basses fréquences. Cependant, il convient d'aborder la différence entre matériaux absorbants et isolants, une distinction souvent source de confusion. Pour la comprendre, il est essentiel de comprendre comment le son se propage après avoir atteint les murs.
Son incident – Son réfléchi = Coefficient d'absorption acoustique
Bruit incident – Son transmis = Perte de transmission
Une partie du son est absorbée par le mur et transformée en énergie thermique.
D'après la relation ci-dessus, il est facile de constater que l'isolation acoustique doit se limiter à une transmission minimale du son, sans pour autant assurer une bonne absorption acoustique. Prenons un exemple extrême : si le mur de la pièce est un mur double paroi très lisse, l'isolation acoustique est excellente grâce à cette conception. Cependant, comme le mur est très lisse, la réflexion du son, notamment dans les hautes fréquences, est très forte et l'absorption acoustique est très faible.
En réalité, il existe des modèles similaires très courants, comme le verre insonorisant double couche, qui offre une bonne isolation phonique. Cependant, la surface lisse du verre rend la réflexion du son très forte. Ce type de verre insonorisant double couche n'a quasiment aucun effet d'absorption acoustique.
Dans le même temps, les matériaux absorbants acoustiques courants ont généralement des propriétés d’isolation acoustique médiocres et ne sont généralement pas aussi bons que les murs de même épaisseur.
Matériau insonorisant
Les matériaux insonorisants traditionnels sont des matériaux poreux, appelés matériaux absorbants acoustiques à résistance acoustique. L'essence des ondes sonores est une forme de vibration. Plus précisément, pour un système de haut-parleurs, il s'agit de vibrations de l'air. Lorsque les vibrations de l'air sont transmises à ce matériau insonorisant, elles sont progressivement atténuées par la fine structure poreuse et converties en énergie thermique.
Plus le matériau absorbant le son est épais, plus ces petites cavités sont nombreuses dans la direction de propagation du son et meilleur est l'effet d'absorption du son incident de manière aléatoire ou sous de petits angles.
En revanche, les matériaux d'absorption acoustique résistive présentent une fréquence de coupure basse fréquence pour une absorption efficace, généralement liée à l'épaisseur du matériau absorbant, qui nécessite environ un quart de la longueur d'onde. Par conséquent, il est quasiment impossible d'utiliser des matériaux d'absorption acoustique résistive pour absorber les basses fréquences, et d'autres types de matériaux de traitement sont nécessaires pour ces basses fréquences.
Par ailleurs, le coefficient d'absorption acoustique des matériaux insonorisants dépend également de l'angle d'incidence du son. Par exemple, les panneaux de fibres haute densité peuvent réfléchir le son sous de grands angles.
Matériel de diffusion
Tout d’abord, il nous faut encore comprendre ce qu’est la diffusion sonore ou quel est le rôle des matériaux de diffusion.
Lorsqu'un son est incident sur une paroi, une partie du son sort selon la direction géométrique et continue de se propager. Cependant, ce processus ne constitue généralement pas une « réflexion spéculaire » absolue. Dans le cas d'une réflexion absolue idéale, le son devrait sortir exactement selon la direction géométrique après avoir traversé la surface, et l'énergie dans la direction de sortie devrait être cohérente avec la direction incidente. L'ensemble du processus ne perd pas d'énergie, ce qui peut être interprété comme une absence totale de diffusion, ou plus communément appelé réflexion spéculaire en optique.
En diffusion idéale, il n'existe pas de direction d'émission principale. Le son est émis uniformément dans toutes les directions de l'espace après son incidence sur la surface. En optique, on parle généralement de réflexion diffuse.
Bien sûr, tout cela est également lié à des facteurs tels que la longueur d'onde du son. L'environnement d'écoute réel exige non seulement une certaine diffusion, mais aussi l'évitement des réflexions trop fortes, comme celles produites par la vitre du sol au plafond. Cela signifie que le son réfléchi sera plus complexe et que le calcul sera plus important.
Parfois, une certaine quantité de son réfléchi est nécessaire, mais si le besoin n'est pas particulièrement fort, on peut placer des matériaux de diffusion aux endroits appropriés. Par exemple, une pièce remplie de matériaux insonorisants peut absorber trop de son. Les matériaux de diffusion peuvent réduire les premières réflexions tout en garantissant les dernières réflexions, ce qui permet aux petites pièces de bénéficier d'un certain effet de réverbération. Pour les systèmes d'enceintes stéréo, il est recommandé d'utiliser une certaine quantité de matériaux de diffusion dans la pièce, tandis que pour les systèmes home cinéma, la quantité de matériaux de diffusion peut être réduite de manière appropriée, voire une conception totalement insonorisante.
Comme nous venons de le mentionner, la fréquence effective la plus basse du matériau de diffusion, ou fréquence de diffusion la plus basse, est liée à la taille des protubérances du diffuseur. Plus le nombre de protubérances est élevé, plus la fréquence pouvant être diffusée efficacement est basse.
Il existe également des cas où ce type de diffuseur présente l'aspect d'une colonne romaine tout en conservant une esthétique esthétique. De fait, les pièces actuellement réservées aux audiophiles étant peu spacieuses, un tel diffuseur peut s'avérer superflu. La fréquence effective d'une plaque de diffusion à reste quadratique est généralement d'environ 700 à 1000 XNUMX Hz. Le choix de la fréquence doit parfois être fait au cas par cas.
Parallèlement, nos systèmes d'enceintes HiFi, nos home cinémas et autres petits environnements d'écoute domestiques ne nécessitent pas de diffuseurs excessivement saillants. La diffusion du son étant généralement expliquée en termes d'acoustique géométrique, une fois la fréquence inférieure à la fréquence maximale de la pièce, on parle d'acoustique ondulatoire. De même, les matériaux de diffusion adaptés aux petites salles n'ont généralement pas besoin d'être aussi épais que ceux des opéras et des salles de concert.
Piège à basse
Comme mentionné précédemment, il est quasiment impossible que des matériaux acoustiquement résistifs absorbent efficacement les basses fréquences. Pour absorber ces basses fréquences, des matériaux reposant sur d'autres principes sont souvent nécessaires.
Le résonateur de Helmholtz est une structure acoustique très courante, souvent utilisée dans des applications telles que la réduction du bruit des pots d'échappement des automobiles et des motos. Son principe consiste à percer une petite ouverture dans une cavité en V et à y connecter un tube court pour former le dispositif le plus simple : le résonateur de Helmholtz. Si la colonne d'air S dans le tube court est perturbée et pénètre dans la cavité, le gaz contenu dans cette dernière est comprimé et la pression augmente. Le mouvement vers l'intérieur de la colonne d'air S est bloqué et se déplace vers l'extérieur. Après avoir dépassé la position d'équilibre, elle continue de se déplacer vers l'extérieur sous l'effet de l'inertie. À ce moment, la pression dans la cavité diminue, ce qui provoque l'arrêt du mouvement vers l'extérieur de la colonne d'air S, puis son déplacement vers l'intérieur, répétant le cycle.
Les absorbeurs de son à résonance mécanique membranaire sont un autre type de matériau absorbant le son pour les basses fréquences , généralement mis en œuvre dans des conceptions architecturales telles que les conceptions de murs multicouches.
En raison de facteurs tels que les ondes stationnaires ambiantes, un gain supplémentaire est généralement généré dans certaines bandes de fréquences, ce qui entraîne une résonance basse fréquence. Les pièges à basses fréquences peuvent éliminer dans une certaine mesure les interférences de crête causées par ces modes ambiants. Bien entendu, des méthodes telles que l'utilisation de plusieurs caissons de basses ou le traitement numérique du signal par DSP peuvent également être utilisées.
Matériaux d'isolation acoustique
Comme expliqué précédemment, les performances d'isolation et d'absorption acoustique des matériaux diffèrent. Les matériaux absorbants profitent souvent de la structure poreuse fine du matériau. Cependant, cette structure poreuse favorise généralement la transmission des ondes sonores. Afin d'empêcher toute transmission et propagation du son, il est nécessaire de réduire au maximum la structure poreuse et d'augmenter la densité du matériau.
Généralement, la performance d'isolation acoustique des matériaux d'isolation acoustique est liée à leur densité. L'achat de matériaux d'isolation acoustique haute densité peut améliorer encore les propriétés d'insonorisation d'une pièce. Cependant, les matériaux d'isolation acoustique monocouche présentent parfois des limites. Dans ce cas, un traitement d'isolation acoustique bicouche peut être utilisé, auquel cas des matériaux d'amortissement supplémentaires sont ajoutés. Il convient toutefois d'éviter que les deux couches d'isolation acoustique aient la même épaisseur afin d'éviter la répétition d'une même fréquence. Lors de la construction et de la décoration, il convient d'insonoriser d'abord toute la maison, puis de réaliser des traitements d'absorption et de diffusion acoustiques.
Le traitement acoustique est indispensable pour les systèmes d'enceintes. Cependant, il ne s'agit pas d'une application aléatoire. La maîtrise des connaissances de base est essentielle pour un traitement acoustique correct. La conception du traitement acoustique est également étroitement liée à la pièce, au système d'enceintes, etc. Il n'existe pas de solution miracle, et la situation réelle doit prévaloir.
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