Introduction - Les bases de l'acoustique : le décibel

Depuis nos premiers cours d’arith­mé­tique, nous avons appris à asso­cier les notions de quan­ti­tés aux quatre opéra­tions de base : l’ad­di­tion, la sous­trac­tion, la multi­pli­ca­tion et la divi­sion. Notre esprit a très vite compris que deux bonbons multi­pliés par deux faisaient bien quatre petites sucre­ries dans notre poche. Et bien, sur notre belle planète, tout ne fonc­tionne pas aussi simple­ment! Avez-vous tout simple­ment remarqué le matin au petit-déjeu­ner que lorsque vous ajou­tez du lait (à envi­ron 70°C) dans votre thé (lui aussi à 70°C), cela ne faisait pas une bois­son à 140°C ! Donc toutes les variables n’obéissent pas unique­ment aux lois des quatre opéra­tions de base. C’est le cas des inten­si­tés sonores qui ne s’ajoutent pas et ne se multi­plient pas comme les bonbons, mais se combinent suivant une autre loi, celle des loga­rithmes déci­maux.

Je n’en­tends rien, parlez deux fois plus fort

Eh bien, vous n’en­ten­drez pas deux fois mieux! Pour tous les sens humains, la sensa­tion est propor­tion­nelle au loga­rithme de l’ex­ci­ta­tion, c’est la loi de Fech­ner. Pour avoir la sensa­tion que le volume sonore ait doublé, il faut en réalité multi­plier la puis­sance de la source par 10.
Cette sensa­tion est subjec­tive, elle permet­tra de défi­nir une unité de mesure tenant compte des diffé­rences donc une unité de compa­rai­son appe­lée le Bel, égal à 10 déci­bels.

Log 10 P/ P= Log 10 = 1 Bel = 10 dB

(Nous rappe­lons que le Log à base 10 de 10 est égal à 1)

Pour calcu­ler en dB, la varia­tion d’in­ten­sité x entre deux sources de pres­sion acous­tique P1 et P2, xdB= 10 Log P1 /P2

Plus on est de fous, plus on fait de bruit!

Exact, mais encore une fois pas dans les propor­tions que l’on pour­rait imagi­ner au point de départ. Le tableau suivant vous aidera à comprendre comment double la sensa­tion de volume sonore chaque fois que l’on multi­plie la puis­sance de la source sonore par 10.

Et quand on parle en même temps tous les deux à la même  puis­sance ?

Déjà, on ne risque pas de se compren­dre… habi­tués des scènes de ménage, réflé­chis­sez! Quoi qu’il en soit, l’in­ten­sité en dB ne doublera pas, ce qui récon­for­tera les ensei­gnants aux classes dissi­pées, deux élèves qui parlent en même temps ne font pas deux fois plus de bruit dans la classe ! Il y aura cepen­dant une augmen­ta­tion du volume sonore global.

La varia­tion de ce volume sonore expri­mée en dB se calcule de la manière suivante :

Log 2P/P = Log 2= 0,3 Bel= 3 dB (nous rappe­lons que Log déci­mal de 2 est égal à 0,3)

Donc lorsque deux élèves parlent en même temps à pres­sion acous­tique égale, le niveau sonore de la classe n’a augmenté que de 3 déci­bels! Donc, amis ensei­gnants, lais­sez-les s’ex­pri­mer!

De l’unité de compa­rai­son à l’unité de valeur

Pour passer de l’unité de compa­rai­son à l’unité de valeur, il faut défi­nir un point de départ comme le 0°C de la tempé­ra­ture par exemple.
Pour l’in­ten­sité sonore, nous pren­drons pour réfé­rence, la valeur de la pres­sion P0 corres­pon­dant à la limite de percep­tion de notre oreille pour la fréquence de 1000 Hertz.
Cette valeur P0 est égale à 2. 10–5 Pascals. (Pa)

Ce nouveau dB s’ap­pel­lera le dB SPL (Sound Pres­sure Level, niveau de pres­sion sonore, sous-entendu « limite néces­saire » à l’au­di­tion.)

Nous savons que la puis­sance de l’onde sonore varie avec le carré de la pres­sion donc:

10 Log (P/P0)2 = 20 Log ( P / P0) = 20 Log (P/ 2. 10–5) = 0 dB SPL

La pres­sion est expri­mée en Pascal. Nous rappe­lons pour les aller­giques aux maths que Log xY= y Log x

Quelques exemples chif­frés

Un séchoir à cheveux peut atteindre une inten­sité allant de 60 à 95 dB, une rame de métro, de 90 à 115 dB, un concert sympho­nique 110 dB, un concert de rock 110 à 120 dB (comme quoi ce n’est pas forcé­ment le style de musique choi­sie qui est respon­sable systé­ma­tique­ment des risques de nuisances audi­tives!), un incen­die peut atteindre 150 dB!

Et nos oreilles dans tout cela ?

Si nous nous repor­tons au diagramme de Flet­cher, nous consta­tons que le seuil de douleur se situe autour de 120 et 130 dB. Et heureu­se­ment que les inten­si­tés ne s’ajoutent pas, car imagi­nez ce que donne­rait un embou­teillage s’il fallait multi­plier l’in­ten­sité moyenne d’un moteur par le nombre de véhi­cules, on serait bien au-delà des 120 dB!

En concert, la valeur légale auto­ri­sée est de 105 dB SPL… À médi­ter ! (voir enca­dré page 6)

Nos oreilles sont fragiles même si elles n’ex­priment pas leurs souf­frances dans l’im­mé­diat. Ména­geons-les et appre­nons à mieux évaluer les nuisances qui pour­raient les dété­rio­rer. Un prochain dossier sera consa­cré à l’au­di­tion ou comment mieux se connaître pour mieux se proté­ger.

• Bruits légers, entre 0 et 30 dB
• Bruits gênants, entre 30 et 60 dB
• Bruits fati­gants, entre 60 et 100 dB
• Bruits dange­reux, au-delà de 100 dB

Le site du CIDB renseigne de manière détaillée sur les nuisances sonores, vous pour­rez y trou­ver des chiffres inté­res­sants dont il est impor­tant de prendre conscience.

Nous allons complé­ter ce premier volet théo­rique par une seconde partie, consa­crée cette fois à un usage plus tech­nique des machines, nous allons abor­der l’ajus­te­ment des para­mètres de dyna­mique au moyen du compres­seur et de l’ex­pan­seur.

Discret, mais effi­ca­ce…

Le compres­seur n’est en géné­ral pas aussi bien connu dans son utili­sa­tion comme peut l’être celle de la réver­bé­ra­tion ou de l’éga­li­seur, bien plus spec­ta­cu­laires au niveau du rendu immé­diat. Pour­tant, son exploi­ta­tion peut très vite s’avé­rer fonda­men­tale lorsque l’on est amené à trai­ter des voix ou diffé­rents instru­ments à forte dyna­mique. Comme nous l’avons vu plus haut, les rapports de dyna­mique peuvent deve­nir consi­dé­rables en fonc­tion du nombre de sources mises en œuvre ou de leur nature. Si l’oreille s’ac­com­mode assez bien d’im­por­tantes sautes de pres­sion acous­tique, nos équi­pe­ments élec­triques sont parfois plus chatouilleux et l’uti­li­sa­tion du compres­seur résou­dra pas mal de problèmes liés à la dyna­mique de sources parfois diffi­ci­le­ment contrô­la­bles…

Plus fort, moins fort…

Comme son nom l’in­dique, le compres­seur aura comme fonc­tion de tasser la dyna­mique d’un signal afin de permettre sa trans­mis­sion sans dété­rio­ra­tions. Pas très diffé­rent du réglage de gain d’en­trée d’une tranche de console ou de son fader, direz-vous… Eh bien si, car si l’ajus­te­ment du gain permet en effet d’adap­ter le niveau élec­trique d’une source à celui d’une entrée de console, il n’agit pas sur les fluc­tua­tions d’in­ten­sité liées au jeu du musi­cien. Il faudrait à cet effet que le tech­ni­cien du son puisse instan­ta­né­ment et en continu, ajus­ter le niveau du fader de la tranche (fig.1). Le compres­seur permet­tra d’ajus­ter auto­ma­tique­ment le niveau de dyna­mique d’un signal selon un réglage donné, en fonc­tion d’un seuil de réfé­rence donné. Le prin­cipe de fonc­tion­ne­ment du compres­seur est donné par son hypso­gramme.

Figure 1 : un hypso­gramme de réglage d’un fader

Le diagramme met en évidence le lien entre niveaux d’en­trée et de sortie. On peut consta­ter la propor­tion­na­lité des ajus­te­ments de niveaux. Dans le cas d’un compres­seur, on va défi­nir un seuil à partir duquel le gain de sortie ne sera plus linéaire, mais atté­nué. Les deux exemples d’hyp­so­grammes ci-dessous mettent en évidence le point d’in­flexion de la droite, corres­pon­dant au point à partir duquel le niveau de sortie ne sera plus linéaire. On nomme ce point « seuil » ou « thre­shold ». La dévia­tion à partir du seuil met en évidence une progres­sion du niveau de sortie plus lente qu’en dessous: on est donc en train de compres­ser le signal. On exprime cette compres­sion comme un rapport du type 4 :1 ou 2 :1, comme dans nos exemples (Fig.2). Cela signi­fie qu’un gain d’en­trée de 4 corres­pon­dra à un gain en sortie de 1 dans le premier cas, et dans le second, qu’un gain de 2 en entrée ne sera que de 1 en sortie. Une belle appli­ca­tion supplé­men­taire de ce qu’est une progres­sion loga­rith­mique… Enfin, on peut remarquer que notre droite de trans­fert ne passe pas forcé­ment par le 0 des deux axes ; on défi­nit alors un « gain sous le seuil » qui va permettre d’aug­men­ter le niveau global du signal avant qu’il soit compressé. Cela revient alors à réduire la dyna­mique globale de la source, puisque les faibles niveaux seront rehaus­sés et les forts, compres­sés… Un type de son qu’af­fec­tionnent certaines stations de radio.


Figure 2 : on repère aisé­ment le point d’in­flexion de la droite (le niveau du seuil) et la progres­sion du niveau de sortie qui corres­pond au taux de compres­sion.

Dans un sens ou dans l’au­tre…

Dans certains cas, il peut être judi­cieux de monter plus que norma­le­ment le niveau d’un signal et ce, jusqu’à un seuil défini. C’est le rôle de l’ex­pan­seur que l’on peut consi­dé­rer comme… un compres­seur à l’en­vers! Si l’on compare les plug-ins de compres­seur et d’ex­pan­seur de Cubase, on note une évidente simi­li­tude, hormis le fait donc, que les pentes d’ac­tion sont inver­sées.

On en met où ?

Comme nous l’avons dit plus haut, le compres­seur trou­vera plei­ne­ment son utilité pour toutes les sources à forte dyna­mique. Son place­ment sera dans la chaîne d’in­sert, entre la source et la sortie de tranche de la console. Son utili­sa­tion aura forcé­ment une inci­dence sur les tran­si­toires d’at­taque de l’ins­tru­ment : si le taux appliqué est très impor­tant, un effet de pompage peut défor­mer consi­dé­ra­ble­ment un son. Il importe donc de mesu­rer l’in­ci­dence des réglages de manière à ce que le résul­tat conserve une bonne crédi­bi­lité après trai­te­ment… Dans le cas d’une voix chan­tée ou parlée, le compres­seur permet­tra d’at­té­nuer les effets de consonnes un peu violentes. Pour une grosse caisse, une caisse claire, les cuivres ou encore dans certains cas le piano, il pourra avan­ta­geu­se­ment simpli­fier la vie du tech­ni­cien du son. À noter aussi, l’uti­li­sa­tion un peu parti­cu­lière sur la guitare : en choi­sis­sant un seuil assez bas et un taux de compres­sion élevé, on obtient un effet de sustain qui gomme les attaques et dont Santana, entre autres, fit un usage inten­sif… Sur la diffu­sion finale ou sur le mix, il pourra être utile de compres­ser, comme nous l’avons évoqué plus haut, afin de réduire la plage de dyna­mique globale: cela peut être plus confor­table pour l’au­di­teur, même si l’iden­tité du son des instru­ments dans le mixage peut en prendre un sacré coup! À l’ex­trême, un taux de compres­sion infini (∞:1, ce qui signi­fie qu’une fois le seuil atteint, le niveau atteint sera constant…) trans­for­mera notre compres­seur en limi­teur. Bien pratique dans certains cas pour calmer les ardeurs incon­trô­lables des amateurs de nuisances sonores, ou régle­men­taire pour respec­ter la loi des 105dB ! (voir enca­dré) Enfin, pour termi­ner, on utilise en maste­ring un appa­reil nommé compres­seur multi-bandes qui permet­tra un ajus­te­ment dyna­mique par zones de fréquences, mais c’est une autre histoi­re…