Simulation et modélisation acoustique (Part.2)
Le mois dernier, en présentant la modélisation de salle assistée par ordinateur, nous avons vu que la précision des résultats n’est pas proportionnelle à la complexité de la saisie de la géométrie du lieu, mais plutôt de la manière d’envisager le problème, et de remplir correctement les champs d’information utiles à la simulation.
Le mode de pose et la position des matériaux sur la surface peuvent modifier considérablement les valeurs d’absorption. C’est seulement par l’expérience que l’on pourra corriger les valeurs fournies par les procès verbaux des constructeurs et des bases de donnée.
Pour ajuster les coefficients d’absorption, un calage du modèle sur le temps de réverbération entre les valeurs de la simulation et de la mesure peut s’avérer très utile lorsque la salle existe (rénovation) ou pour l’étude d’une sonorisation.
Malgré l’enrichissement des fonctionnalités des logiciels, les résultats finaux ne pourront guère s’approcher de ±10% des résultats réels mais c’est largement suffisant dans la majorité des cas. Ces erreurs sont inhérentes aux données mais aussi aux modes de calcul :
Les valeurs de directivité et d’absorption ne sont renseignées qu’à l’octave et ce généralement entre 125 Hz et 4 kHz. Les valeurs de diffusion ne sont jamais fournies par les fabricants même si les logiciels en tiennent compte. Ces valeurs seront comprises entre 10 et 30% en fonction de la rugosité de la surface et de ses qualités diffractantes (étagères, bibliothèques, reliefs).
Certains phénomènes de propagation comme les modes propres ou la diffraction ne sont pas pris en compte par les méthodes actuelles de modélisation.
Les valeurs d’absorption sont fournies sous la forme de pourcentage en valeurs réelles alors qu’elles devraient être représentées de manière complexes (impédances donnant l’information de phase) pour exprimer le comportement réel des parois
La création de l’échogramme ne sert pas qu’aux calculs des critères acoustiques classiques (Clarté, Efficacité Latérale, EDT) et de l’étude de l’intensité et de la provenance des réflexions précoces mais aussi à l’auralisation :
En multipliant point par point la réponse impulsionnelle avec un son anéchoïque (enregistré en chambre sourde), écouter virtuellement la salle devient possible.
Cette opération que l’on nomme convolution est la même méthode que l’on retrouve dans ces nouvelles chambres de réverbérations dites « à convolution »Figure 1.
La première étape de la procédure consiste à créer les réponses impulsionnelles en fonction d’un système de captation (microphone omnidirectionnel mono, couple AB, ORTF, XY, tête artificielle).Figure 2. Dans le cas d’une simulation pour une restitution au casque (traitement binaural), on associera au traitement des sons .wav originaux les fameuses HRTFs, les filtres d’oreilles.
Les HRTFs sont des réponses impulsionnelles, elles sont uniques pour chaque individu. Ce sont ceux des têtes artificielles (Kemar, Sennheiser, B&K, Neumann) qui sont le plus souvent employés, l’idéal étant d’obtenir des filtres fonctionnant pour une très grande population. L’effet de réalisme est saisissant et l’on peut s’étonner que cette technique ne soit pas plus utilisée aujourd’hui pour la création artistique.
La restitution peut aussi se faire sur enceintes, on parle alors de traitement transaural. C’est une opération matricielle qui consiste à n’envoyer que le son de l’enceinte droite à l’oreille droite et réciproquement. Ce traitement est aussi dénommé annulation croisée. La perception de la localisation est effective jusqu’à 120° d’azimut et les effets d’élévation sont aussi reproductibles. Le traitement transaural implique un placement de l’auditeur sur la médiane de l’axe d’écoute et de bien placer ses enceintes à ± 30°. La distance d’écoute doit être elle aussi précisée.
C’est avec ses outils que la simulation devient une véritable aide à la conception pour présenter les solutions acoustiques à des décideurs souvent profanes des notions élémentaires acoustiques. Les sons auralisés, associés à une interface graphique de type 3D, VRML, OpenGl Figure 3 permettent, à tout utilisateur, de se rendre compte subjectivement du rendu sonore et ce, à plusieurs endroits du local tout en se promenant virtuellement grâce à l’interface visuelle.
L’effet est encore plus saisissant en comparant des sons issus de différentes configurations. C’est pour la sonorisation que l’auralisation permettra de trancher sur le choix final du nombre et de la position des enceintes et jusqu’à dans une certaine limite du choix du modèle des enceintes.
Très répandus pour la sonorisation, de nombreux fabricants d’enceintes ont développé des softs permettant de simuler les configurations les plus diverses. Hélas, ces logiciels « maisons » conçus par des acousticiens très respectables ne réfèrent trop souvent que les directivités d’enceinte de leurs propres gammes. On recommandera les softs pionniers comme Catt acoustics et Ease pour leurs bibliothèques bien fournies et leurs évolutions constantes.
On peut aussi mentionner le logiciel Odeon pour son module d’auralisation convivial.
Les maquettes utilisées pour prévoir le comportement 3D acoustique ne peuvent plus rivaliser avec les ordinateurs qui délivrent aujourd’hui dans des temps records, des quantités d’informations impossibles à simuler par une autre manière.
Néanmoins, le comportement acoustique d’un lieu reste fortement modélisé. Il n’est pas possible aujourd’hui d’obtenir une expression rapide en tout point et en 3D du comportement réel et ondulatoire des ondes acoustiques. La prochaine génération de simulateur associée à des ordinateurs très puissant comportera une modélisation tirée de l’équation des ondes propagatives. Si l’on prend en considération, l’impédance des matériaux, la diffraction et toutes les fréquences, la frontière entre le virtuel et la mesure tendra à disparaître.
La prise en main de ces outils nécessitent une connaissance préalable des phénomènes physiques des salles et une certaine rigueur dans la méthodologie pour parvenir à des résultats cohérents. Ceci pour répondre aux détracteurs affirmant que ces logiciels ne sont que outils pour se faire plaisir.
Figure1 Réverbération software à convolution
Figure 2 Réponses impulsionnelles
Figure 3 Interface visuelle
Diffusion
Quantité d’énergie qui n’est pas réfléchie comme un miroir (spéculaire) mais distribuée dans toutes les directions.
HRTFs
(Filtres correspondants à la réponse de la tête)
En fonction de l’incidence de la source, la courbe de réponse du son atteignant notre oreille est modifiée par le masquage de la tête et des épaules et par les multiples filtrages en peigne issues des réflexions de nos pavillons auditifs. On a donc pour chaque individu, tout un set de filtres correspondant aux différentes incidences.
Modes propres
Ondes stationnaires se produisant pour les très basses fréquences dans des petits locaux. Elles induisent des nœuds et des ventres de pression pour des fréquences et des emplacements différents. Elles sont liées aux dimensions du local et aux longueurs d’onde du signal.
Son anéchoïque
Terme anglais pour désigner un enregistrement en chambre sourde. Une prise de son très rapprochée (appoint) peut convenir ou un son synthétique sans réverbération.