Arriver en retard pour être à l'heure ! Tuto propagation du son : calculer & ajuster l’alignement temporel des enceintes de sonorisation

Dans cet article, nous abor­de­rons toutes les notions liées à l’ali­gne­ment tempo­rel des enceintes de sono­ri­sa­tion pour vous aider à ajus­ter intel­li­gem­ment le temps de propa­ga­tion de vos signaux.

Qu’est-ce que le temps de propa­ga­tion du son ?

Lorsque vous vous levez de votre fauteuil et que vous vous diri­gez vers le frigo, le temps s’écoule. De la même manière, le son met un certain temps à parcou­rir la distance entre sa source (le haut-parleur) et son desti­na­taire (les oreilles du public). À une tempé­ra­ture de 20 °C, sa vitesse est de 343 mètres par seconde. En divi­sant ces 343 mètres par 1000, nous savons donc que le son parcourt 34,3 cm par milli­se­conde. En pratique, on retien­dra que 1 mètre corres­pond à envi­ron 3 milli­se­condes : c’est une règle de base qui suffit à résoudre la plupart des problèmes liés au temps de propa­ga­tion.

Temps de propa­ga­tion du son dans un haut-parleur

Aucune enceinte n’est une source sonore ponc­tuelle parfaite où tous les haut-parleurs qui la composent émettent simul­ta­né­ment sur le même axe tempo­rel. Dans certains cas, le haut-parleur de basses diffuse le son à travers un long pavillon, tandis que celui des aigus utilise un pavillon plus court. Ainsi, les hautes fréquences sont émises un peu plus tôt que les basses. Pour compen­ser ce déca­lage tempo­rel, les construc­teurs d’en­ceintes alignent les diffé­rents haut-parleurs en ajou­tant un délai au niveau du contrô­leur d’am­pli­fi­ca­tion ou du DSP inté­gré, afin de les synchro­ni­ser au mieux. Cette correc­tion s’ap­plique aussi bien à une enceinte isolée qu’à l’en­semble d’un système composé de plusieurs enceintes distinctes.

Temps de propa­ga­tion du son entre les enceintes et les cais­sons de basse

La dispo­si­tion des diffé­rentes enceintes dans l’es­pace, les unes par rapport aux autres, est un élément primor­dial pour instal­ler un système de sono­ri­sa­tion : pour une petite sono de confé­rence avec deux enceintes prin­ci­pales (tops) à gauche et à droite de la scène, on ne se soucie pas des retards. Dans la plupart des cas, il en va de même pour un système satel­lite compact (avec deux cais­sons de basse accom­pa­gnés de tiges de support courtes pour les deux enceintes dédiées aux fréquences médiums et aiguës).

Mais la situa­tion se complique lorsque les cais­sons de basse et les tops sont davan­tage éloi­gnés. Par exemple, si les enceintes tops sont instal­lées de part et d’autre de la scène, tandis que le ou les cais­sons de basse sont regrou­pés en mono au centre (on parle alors de clus­ter), les spec­ta­teurs devant la scène perce­vront d’abord le son du cais­son avant celui des tops. Cet écart tempo­rel, aussi infime soit-il, est en mesure de complè­te­ment gâcher l’ex­pé­rience du public. Il faut donc retar­der le son des cais­sons de basse par rapport aux tops pour éviter l’ap­pa­ri­tion d’ar­te­facts sonores indé­si­rables, qu’ils s’agissent de délais indé­si­rables, de fréquences malen­con­treu­se­ment annu­lées ou d’autres problèmes de phase désa­gréables à l’oreille.

Imagi­nons que la fréquence de coupure entre les cais­sons de basse et les enceintes médiums-aiguës soit posi­tion­née à 100 Hz, cette plage de fréquences sera natu­rel­le­ment repro­duite simul­ta­né­ment par les deux. S’ils ne sont pas alignés correc­te­ment dans le temps, des annu­la­tions de phase survien­draient à cause des diffé­rences de temps de propa­ga­tion, entraî­nant inévi­ta­ble­ment une perte de qualité sonore. Du coup, dans cette confi­gu­ra­tion, si on retarde les cais­sons par rapport aux tops, on améliore nette­ment le rendu final. 

Comment mesu­rer la distance et déter­mi­ner le temps de retard néces­saire ? 

Pour un groupe auto-produit ou un(e) ingé­nieur(e) indé­pen­dant(e) motivé(e), un simple mètre peu onéreux suffit (on trouve aujour­d’hui des mètres lasers pour une tren­taine d’eu­ros sur la toile). Les profes­sion­nels chevron­nés, quant à eux, utilisent des systèmes de mesure avan­cés avec des logi­ciels comme Smaart ou Systune pour analy­ser et corri­ger préci­sé­ment les temps de propa­ga­tion et garan­tir une réponse en phase opti­male. Une telle confi­gu­ra­tion est toute­fois assez coûteuse et requiert de l’ex­pé­rience, mais un réglage de base effec­tué à partir d’une mesure de distance reste bien plus effi­cace que l’ab­sence totale de correc­tion. Concrè­te­ment, on mesure donc la distance entre le cais­son et l’en­ceinte corres­pon­dante (cais­son gauche vers top gauche, etc.). Suppo­sons que les tops et les cais­sons soient distants de cinq mètres. Selon la règle empi­rique : 1 mètre = 3 milli­se­condes, on défi­nit donc un délai de 15 milli­se­condes pour le cais­son, soit sur l’am­pli ou sur le module du cais­son lui-même, en fonc­tion du maté­riel à dispo­si­tion.

L’ali­gne­ment tempo­rel entre la sono prin­ci­pale et les enceintes de retard/rappel

Parfois, une sono­ri­sa­tion clas­sique posi­tion­née à gauche et à droite de la scène ne suffit pas pour couvrir unifor­mé­ment la zone du public dans son ensemble. Les balcons, gale­ries ou surfaces annexes néces­sitent alors des enceintes supplé­men­taires décen­tra­li­sées : les enceintes de retard/rappel.

L’acous­tique suit les mêmes prin­cipes que l’op­tique : angle d’in­ci­dence = angle de réflexion. En d’autres termes, si vous ne voyez pas la sono, vous risquez de mal l’en­tendre, sauf éven­tuel­le­ment pour les basses omni­di­rec­tion­nelles. Dans les salles très réver­bé­rantes et lorsque la distance avec la sono prin­ci­pale est impor­tante, il est possible de la voir, mais l’excès de réflexions réduit forte­ment l’in­tel­li­gi­bi­lité du son diffusé.

Dans les salles de concert fermées, les enceintes de retard deviennent indis­pen­sables lorsque le rapport entre le son direct et les réflexions atteint 50:50. En plein air, les réflexions ne posent guère de problème mais ici, la portée du système prin­ci­pal et la taille du public sont des facteurs déter­mi­nants. Ainsi, lorsque le bruit ambiant se rapproche du niveau de la sono­ri­sa­tion, l’ajout d’en­ceintes de retard devient néces­saire.

Instal­ler des enceintes supplé­men­taires est toute­fois plus complexe qu’il n’y paraît. Car comme nous le savons, le son a besoin de 3 milli­se­condes pour parcou­rir un mètre. Ainsi les spec­ta­teurs situés au fond de la salle entendent d’abord les enceintes de rappel, puis le système prin­ci­pal. Cela produit des effets de filtrage en peigne désa­gréables, voire, selon la distance, des délais signi­fi­ca­tifs qui nuisent à la clarté des voix et des instru­ments. La solu­tion consiste donc à retar­der ces enceintes de rappel par rapport aux enceintes de la sono prin­ci­pale, en leur appliquant un délai programmé équi­valent au temps néces­saire pour parcou­rir la distance qui les sépare.

Placer et confi­gu­rer les enceintes de rappel

Pour créer une image sonore homo­gène et natu­relle, les enceintes de rappel ne doivent pas dépas­ser le niveau sonore du système prin­ci­pal à l’en­droit où elles sont instal­lées. La procé­dure est la suivante : placez une enceinte de rappel et recu­lez de quelques mètres, avec la ligne de retard éteinte. Envoyez un bruit rose dans la sono­ri­sa­tion de façade et mesu­rez le niveau via un SPL-mètre (par exemple le Digi­tal Sound 8928 réglé sur « dB a slow »). Augmen­tez le volume jusqu’à 84 dBa, puis coupez le son du système prin­ci­pal. Acti­vez la ligne de retard et réglez son volume pour atteindre 84 dBa égale­ment.

Les enceintes de rappel doivent unique­ment soute­nir le système prin­ci­pal et non le rempla­cer (cepen­dant, si elles sont parfai­te­ment confi­gu­rées, il est parfois possible de les augmen­ter jusqu’à 10 dB maxi­mum au-dessus du niveau prin­ci­pal sans nuire à la percep­tion globale).

En géné­ral, on n’uti­lise pas de cais­sons de basse en guise d’en­ceintes de retard, car ils diffusent le son de façon omni­di­rec­tion­nelle et peuvent engen­drer des annu­la­tions de phase vers le système prin­ci­pal, mais si l’on y tient abso­lu­ment (par exemple pour un concert de rock en plein air), ils doivent être direc­tion­nels, en confi­gu­ra­tion cardioïde ou « end fire ». Pour une confé­rence ou un one-man-show, il est préfé­rable de s’en passer et d’ap­pliquer un simple filtre passe-haut sur les enceintes de rappel. Au final trou­ver l’em­pla­ce­ment idéal pour des enceintes de rappel peut s’avé­rer diffi­cile : sorties de secours, allées, rangées de sièges fixes ou obstacles visuels peuvent impo­ser des compro­mis avec lesquels vous serez contraints de compo­ser.

L’ef­fet de précé­dence

L’ef­fet de précé­dence, décrit un prin­cipe psychoa­cous­tique crucial pour les ingé­nieurs du son : lorsqu’un signal sonore iden­tique parvient à un audi­teur depuis diffé­rentes direc­tions avec un léger déca­lage, ce dernier ne perçoit que la prove­nance du premier signal. Le signal retardé est alors asso­cié à la direc­tion du premier (la précé­dence).

Helmut Haas a décou­vert que pour les retards compris entre 10 et 30 milli­se­condes, la loca­li­sa­tion sonore dépend exclu­si­ve­ment du premier signal reçu, peu importe d’où provient le signal retardé. Pour nos enceintes de rappel, l’ef­fet Haas a une utilité concrète : il suffit d’ajou­ter 10 milli­se­condes au temps de retard calculé pour que l’au­di­teur ait l’im­pres­sion d’en­tendre le son venir du système prin­ci­pal, comme si tout prove­nait d’une seule source.

On peut ajus­ter cette fenêtre de 10 milli­se­condes selon l’im­por­tance rela­tive du signal des enceintes de retard par rapport à la sono prin­ci­pale. Mais au final, c’est l’oreille qui décide : il est donc recom­mandé de tester le résul­tat à diffé­rents empla­ce­ments du public avant d’ar­rê­ter votre choix défi­ni­ti­ve­ment.

L’ali­gne­ment tempo­rel entre la sono prin­ci­pale et le back­line sur scène

Lorsque le public entend à la fois le son de la scène et celui de la sono prin­ci­pale, on rencontre à nouveau des diffé­rences de temps de propa­ga­tion. Comme toujours, l’ef­fet de précé­dence s’ap­plique encore, ce qui peut déso­rien­ter l’au­di­teur : on entend et voit le groupe sur scène, mais on perçoit d’abord le son de la sono, ce qui créé un déca­lage à la fois pour la percep­tion visuelle et audi­tive du public. 

La solu­tion consiste à retar­der la sono­ri­sa­tion en fonc­tion de l’élément le plus puis­sant du back­line, il s’agit en géné­ral de la batte­rie. On mesure la distance entre la sono et la batte­rie, puis on applique la règle 1 m = 3 ms. Bien que ce ne soit pas une méthode parfaite, parce que le back­line n’est pas toujours préci­sé­ment aligné avec la batte­rie et qu’un retour de scène trop fort peut lui aussi causer des inter­fé­rences, retar­der légè­re­ment la sono par rapport au back­line améliore souvent le rendu global.

Pour ajus­ter le délai, on peut égale­ment procé­der ainsi : on adapte le volume de la sono au volume de la scène, de sorte que les deux sources soient à peu près au même niveau, puis on active ensuite le retard. La plupart du temps, le son global gagne alors en préci­sion et en richesse. Parfois, l’ef­fet est moins percep­tible ou quasi inexis­tant, mais, dans tous les cas, cela vaut vrai­ment la peine d’es­sayer.

Si d’autres appa­reils numé­riques (table de mixage, contrô­leur PA, etc.) sont insé­rés dans la chaîne de signal, ils génè­re­ront aussi un léger retard (géné­ra­le­ment entre 2 et 4 milli­se­condes) dont il faudra égale­ment tenir compte dans votre calcul. Il sera donc indis­pen­sable de réali­ser ici aussi plusieurs essais avant de vous déci­der.

Enfin, pour nos cama­rades musi­ciennes et musi­ciens qui jouent sur scène, il sera aussi parfois judi­cieux d’ali­gner les retours sur la sono prin­ci­pale (en fonc­tion de la confi­gu­ra­tion du moment et de la distance qui sépare la sono des retours), afin d’évi­ter les désa­gré­ments sonores qu’un déca­lage trop impor­tant entre les deux pour­rait causer, et tout simple­ment pour amélio­rer l’ex­pé­rience de jeu.

N’hé­si­tez pas à parta­ger vos tech­niques, vos expé­riences et vos anec­dotes sur le sujet de l’ali­gne­ment tempo­rel des enceintes de sono­ri­sa­tion avec la commu­nauté AF dans les commen­taires. Enfin, pour appro­fon­dir encore davan­tage le sujet, nous vous invi­tons à lire ou à relire l’ex­cellent article de notre confrère François B : « Du bon son sans faire péter le cais­son – Placer correc­te­ment les cais­sons de basse sono ».

FAQ

Quelle est la vitesse moyenne de propa­ga­tion du son ?

En pratique : 1 mètre = 3 milli­se­condes, c’est une moyenne qui permet de résoudre la plupart des problèmes liés au temps de propa­ga­tion.

Comment mesu­rer la distance et déter­mi­ner le temps de retard néces­saire entre plusieurs enceintes ? 

Un simple mètre peut suffire, dans l’idéal, on utili­sera un mètre laser bon marché. Si votre budget le permet, il existe égale­ment des systèmes de mesure avan­cés comme Smaart ou Systune pour analy­ser et corri­ger très préci­sé­ment les temps de propa­ga­tion sur des sonos plus complexes.

Est-il obli­ga­toire d’ali­gner tempo­rel­le­ment les enceintes lors d’un concert ?

Oui et non, tout dépend du système de sono­ri­sa­tion. Si c’est un système simple avec seule­ment deux enceintes à gauche et à droite, ce n’est pas la peine. Mais à partir du moment où des cais­sons de basse et des enceintes de rappel entrent en jeu, il est impor­tant d’ef­fec­tuer un aligne­ment tempo­rel pour garan­tir la cohé­rence de l’ex­pé­rience d’écoute du public.

C’est quoi l’ef­fet de précé­dence ?

L’ef­fet de précé­dence aussi appelé « Haas effect » est un prin­cipe psychoa­cous­tique : lorsqu’un signal sonore parvient aux oreilles d’un audi­teur depuis diffé­rentes direc­tions avec un léger déca­lage (entre 10 et 30 milli­se­condes), le signal retardé est auto­ma­tique­ment asso­cié à la direc­tion du premier (la précé­dence).

Comment utili­ser l’ef­fet de précé­dence pour amélio­rer l’ali­gne­ment des enceintes de rappel ?

Il suffit d’ajou­ter 10 milli­se­condes au temps de retard calculé entre le système prin­ci­pal et les enceintes de rappel pour que l’au­di­teur ait l’im­pres­sion d’en­tendre le son venir direc­te­ment du système prin­ci­pal.