Modes de pièce : identifier et traiter les basses fréquences

Ce qu'est un mode propre

Entre deux surfaces parallèles, une onde qui fait l'aller-retour en un nombre entier de longueurs d'onde revient en phase avec elle-même. Elle s'additionne, et une onde stationnaire s'installe : une figure fixe dans l'espace, avec des endroits où la pression est maximale et d'autres où elle s'annule presque.

On distingue les modes axiaux, qui n'impliquent que deux surfaces opposées, les modes tangentiels, qui en impliquent quatre, et les modes obliques, qui en impliquent six. Les axiaux sont les plus énergiques, et ce sont eux qu'on entend en premier.

Les calculer

Pour une paire de surfaces parallèles distantes de L, les modes axiaux tombent aux fréquences f = n × c / (2L), où n vaut 1, 2, 3… et où c est la vitesse du son, environ 343 m/s à 20 °C. Pour une pièce de 5,00 × 4,00 × 2,70 m :

Ce tableau se lit dans les deux sens. Il annonce où chercher les accidents, et il montre le danger des dimensions proches ou multiples : deux dimensions voisines empilent leurs modes sur la même fréquence, ce qui produit une bosse difficile à traiter. C'est la raison d'être des rapports de proportions recommandés pour les salles d'écoute.

Jusqu'où les modes dominent

Au-dessus d'une certaine fréquence, les modes deviennent si nombreux et si serrés qu'ils se fondent en un champ diffus : la pièce se comporte alors statistiquement. La limite entre les deux régimes est estimée par la fréquence de Schroeder, approchée par f ≈ 2000 × √(RT60 / V), avec le temps de réverbération en secondes et le volume en mètres cubes.

Pour la pièce ci-dessus, soit 54 m³, avec un temps de réverbération de 0,3 s, la limite tombe autour de 149 Hz. En dessous, le comportement modal devient particulièrement important ; au-dessus, l'analyse statistique du champ et le rôle des réflexions et de l'absorption prennent progressivement davantage de poids. C'est une estimation, pas une frontière nette, mais elle situe correctement le problème.

Ce qu'on entend

Trois symptômes reviennent. Un grave inégal selon la place : une note tient dans un fauteuil et disparaît un mètre plus loin. Une ou deux notes qui ressortent systématiquement, quel que soit le morceau, parce qu'elles tombent sur un mode. Et un grave qui traîne : le son continue après l'arrêt de la note, ce qui brouille la lecture du rythme et pousse à sous-doser les basses au mixage.

Ce qui marche, et dans quel ordre

Les leviers ne sont pas interchangeables, et l'ordre compte.

• Les proportions, quand la salle est encore à construire. C'est le seul moment où l'on choisit la répartition des modes plutôt que de la subir.
• Les positions, celle des enceintes et celle de l'écoute. Déplacer l'auditeur hors des minima coûte zéro euro et se teste en quelques minutes.
• L'absorption dans le grave, en volume et en épaisseur, typiquement dans les angles où la pression est maximale pour la plupart des modes. C'est le seul levier qui agit sur la durée de la résonance.
• Plusieurs sources de grave réparties dans la pièce, pour lisser la réponse sur plusieurs places au lieu d'optimiser une seule.
• L'égalisation, en dernier. Elle peut réduire une bosse. Elle ne remplit pas un creux d'annulation, et elle ne raccourcit pas une décroissance.

Mesurer, puis vérifier

Le calcul situe les fréquences à surveiller, la mesure dit ce qui se passe réellement, place par place. Des outils de prédiction comme Home Theater Maestro cartographient les modes d'une pièce et comparent des scénarios avant travaux ; leurs résultats restent des aides à la décision, à confronter ensuite à des mesures réelles.

La suite logique concerne l'interaction des enceintes avec les parois qui les entourent, traitée dans notre guide sur le SBIR, et le placement du monitoring.