20/08/2019-18:32:39
Perception du grâve
Bonjour,
J'investigue le problème de la "perception du grâve". En effet, après des succintes discussions avec quelques (3 ou 4) chercheurs en psycho-acoustique, tous ceux avec qui j'ai discuté s'accordent à dire que le grâve est perçu par le corps et participe à la sensation d'immersion lorsque l'on essaie de reproduire un son 3D via la technique de reproduction sonore dite "binaurale".
Intimement convaincu de la chose, j'ai donc construit un système sur mesure pour répondre à cette problématique: j'ai essayé de combiner la reproduction binaurale avec un caisson clos constitué de subwoofers dans lequel on se positionne. Le grâve étant reproduit sur l'ensemble du corps humain, je pensais retrouver la sensation de puissance perçue lors d'une écoute concert ou d'un cinéma IMAX....
Problème: mes essais ne sont pas concluants en l'état. En effet, bien que la qualité sonore soit au rendez-vous (parfaitement dans le grâve et moyennement actuellement dans le medium/aigu que je reproduis à l'aide d'un casque Koss Porta Pro), l'immersion est très bonne, mais je n'ai pas la sensation réaliste des vêtements et du corps qui vibre sur un impact de grâve à très fort niveau.
Pourtant, le niveau de pression sonore est très élevé sur certains "morceaux" (musique ou vidéo): 140dB en dBZ sur les pics d'énergie (que mon micro n'est pas capable de mesurer mais que j'ai "déduis" en faisant deux écoutes à 10dB d'écart...) et 115dB RMS environ sur des décollages de fusée ou ça descend jusqu'à 20hz...
J'ai donc une piste que je souhaite explorer avec vous. Voici mes hypothèses par ordre de plausibilité pour moi (de la plus plausible à la moins plausible):
Hypothèse 1: le corps perçoit l'intensité acoustique (W/m²). Pour faire court:
Hypothèse 2: le corps perçoit la vélocité des particules d'air (m/s).
Pour faire court, je me permet de faire une analogie avec l'électricité, je ne sais pas si elle est valide mais elle me paraît logique: l'intensité acoustique correspond à la puissance apparente, le SPL correspond à la puissance active, et la vélocité des particules d'air correspond à la puissance réactive. La puissance active, c'est la puissance "utile", utilisée par le moteur (en audio, par notre tympan). La puissance réactive, c'est par complémentarité la puissance "inutile", dissipée dans les câbles par effet Joules et qui est "perdue" (en audio, se serait la puissance absorbée par notre corps).
J'ai simulé sur Comsol un modèle très simpliste pour essayer de mettre en évidence le phénomène. J'ai simulé un cylindre fermé dans lequel une extrêmité correspondrait à un diaphragme qui se déplace en piston, et l'autre extrêmité serait bouchée. La longueur d'onde simulée est de 20Hz pour un tube de longueur 1m. et de rayon ~15cm. Autrement dit, l'onde est suffisamment grande pour considérer qu'il n'existe aucune résonance à cette fréquence dans ce tube.
Image de la géométrie du modèle (vue en coupe, le cylindre est obtenu par révolution autour du côté gauche) :
J'ai simulé deux cas:
1. Dans le premier cas, le tube est vide.
2. Dans le deuxième cas, une épaisseur d'absorbant parfaite (perfectly matched layer) se trouve au bas du tube, à l'opposé du diaphragme. Autrement dit, l'onde n'est plus stationnaire mais progressive dans le tube puisque la totalité de l'énergie est dissipée dans cet absorbant et aucune énergie n'est réfléchie vers le diaphragme.
J'obtiens, pour une puissance sonore arbitraire mais identique aux deux simulations, pour la position indiquée par le trait vert ici:
Les courbes suivantes:
SPL
Il a un effet de room gain lorsque l'énergie ne peut sortir du tube... Le SPL est donc plus élevé dans le premier cas par rapport au deuxième cas.
Vélocité des particules (valeur RMS)
La vélocité des particules d'air, en valeur RMS, vaut approximativement ~0.15m/s dans le cas 1 alors qu'elle vaut ~0.65m/s dans le cas 2 : c'est ~4 fois plus malgré le SPL moins élevé de 9dB !
Intensité acoustique
Ici par contre, l'intensité acoustique vaut 0 dans le premier cas, comme dans toute pièce parfaitement réfléchissante en régime établi, alors qu'elle vaut ~140W/m² dans le deuxième cas. Pour moi c'est ce cas qui correspond le plus à mon ressenti: on ne ressent absolument AUCUN effet sur le corps/les vêtements et ce quel que soit le niveau sonore. Certes, les oreilles perçoivent un SPL élevé, le siège vibre parce que le plancher du caisson n'est pas suffisamment rigide pour l'empêcher de vibrer, mais cela s'arrête là: il n'y pas de vent, d'énergie qui se transmet par le son sur mon corps à travers les vêtements. Quand j'ouvre la porte, je perçois légèrement le vent qui apparaît mais sur le côté et il ne se trouve pas dans le sens que je souhaiterai (j'aimerai que le vent aille dans la direction avant<->arrière et pas gauche<->droite).
Ce serait pour moi une bonne explication du fait que le grâve est meilleur en plein air que dans une pièce, et meilleur dans une grande pièce ou une pièce moyenne bien traitée que dans une petite pièce (au niveau de la perception du corps, j'ignore évidemment les modes de résonances et autres joyeusetés) : si la puissance perçue correspond effectivement à l'intensité acoustique, alors elle est directement proportionnelle à la puissance absorbée par la pièce. Hors la puissance absorbée dépend de la capacité d'absorption de la pièce, qui dépend de la propriété et de la surface des matériaux en contact avec l'énergie sonore (ou des volumes si on considère des basstraps...).
A "remplissage" égal, une grande pièce aura une plus grande puissance d'absorption sonore qu'une petite pièce. L'intensité acoustique sera plus grande, et dirigée majoritairement vers les "puits" d'énergie sonore donc vers les endroits qui absorbent : il vaut donc mieux absorber derrière si on veut que l'intensité acoustique aille des hauts parleurs de devant vers les absorbants situés à l'arrière, et donc d'avant en arrière...
Est-ce que le raisonnement vous paraît correct jusque là ?
Je peux essayer éventuellement de comparer la vélocité des particules d'air à SPL égal en changeant la puissance sonore émise par le diaphragme dans le tube... J'essaie actuellement d'imaginer un moyen de transformer mon caisson pour bénéficier de cette intensité acoustique sans en perdre totalement les avantages que je ciblais (SPL réduit à l'extérieur et influence -distorsion et résonance- de la pièce négligeable par rapport au sweetspot dans le caisson...).
J'investigue le problème de la "perception du grâve". En effet, après des succintes discussions avec quelques (3 ou 4) chercheurs en psycho-acoustique, tous ceux avec qui j'ai discuté s'accordent à dire que le grâve est perçu par le corps et participe à la sensation d'immersion lorsque l'on essaie de reproduire un son 3D via la technique de reproduction sonore dite "binaurale".
Intimement convaincu de la chose, j'ai donc construit un système sur mesure pour répondre à cette problématique: j'ai essayé de combiner la reproduction binaurale avec un caisson clos constitué de subwoofers dans lequel on se positionne. Le grâve étant reproduit sur l'ensemble du corps humain, je pensais retrouver la sensation de puissance perçue lors d'une écoute concert ou d'un cinéma IMAX....
Problème: mes essais ne sont pas concluants en l'état. En effet, bien que la qualité sonore soit au rendez-vous (parfaitement dans le grâve et moyennement actuellement dans le medium/aigu que je reproduis à l'aide d'un casque Koss Porta Pro), l'immersion est très bonne, mais je n'ai pas la sensation réaliste des vêtements et du corps qui vibre sur un impact de grâve à très fort niveau.
Pourtant, le niveau de pression sonore est très élevé sur certains "morceaux" (musique ou vidéo): 140dB en dBZ sur les pics d'énergie (que mon micro n'est pas capable de mesurer mais que j'ai "déduis" en faisant deux écoutes à 10dB d'écart...) et 115dB RMS environ sur des décollages de fusée ou ça descend jusqu'à 20hz...
J'ai donc une piste que je souhaite explorer avec vous. Voici mes hypothèses par ordre de plausibilité pour moi (de la plus plausible à la moins plausible):
Hypothèse 1: le corps perçoit l'intensité acoustique (W/m²). Pour faire court:
Citation :L’intensité acoustique est la puissance transportée par les ondes sonores, par unité de surface, mesurée perpendiculairement à la direction de ce transfert(wikipédia)
Hypothèse 2: le corps perçoit la vélocité des particules d'air (m/s).
Pour faire court, je me permet de faire une analogie avec l'électricité, je ne sais pas si elle est valide mais elle me paraît logique: l'intensité acoustique correspond à la puissance apparente, le SPL correspond à la puissance active, et la vélocité des particules d'air correspond à la puissance réactive. La puissance active, c'est la puissance "utile", utilisée par le moteur (en audio, par notre tympan). La puissance réactive, c'est par complémentarité la puissance "inutile", dissipée dans les câbles par effet Joules et qui est "perdue" (en audio, se serait la puissance absorbée par notre corps).
J'ai simulé sur Comsol un modèle très simpliste pour essayer de mettre en évidence le phénomène. J'ai simulé un cylindre fermé dans lequel une extrêmité correspondrait à un diaphragme qui se déplace en piston, et l'autre extrêmité serait bouchée. La longueur d'onde simulée est de 20Hz pour un tube de longueur 1m. et de rayon ~15cm. Autrement dit, l'onde est suffisamment grande pour considérer qu'il n'existe aucune résonance à cette fréquence dans ce tube.
Image de la géométrie du modèle (vue en coupe, le cylindre est obtenu par révolution autour du côté gauche) :
J'ai simulé deux cas:
1. Dans le premier cas, le tube est vide.
2. Dans le deuxième cas, une épaisseur d'absorbant parfaite (perfectly matched layer) se trouve au bas du tube, à l'opposé du diaphragme. Autrement dit, l'onde n'est plus stationnaire mais progressive dans le tube puisque la totalité de l'énergie est dissipée dans cet absorbant et aucune énergie n'est réfléchie vers le diaphragme.
J'obtiens, pour une puissance sonore arbitraire mais identique aux deux simulations, pour la position indiquée par le trait vert ici:
Les courbes suivantes:
SPL
Il a un effet de room gain lorsque l'énergie ne peut sortir du tube... Le SPL est donc plus élevé dans le premier cas par rapport au deuxième cas.
Vélocité des particules (valeur RMS)
La vélocité des particules d'air, en valeur RMS, vaut approximativement ~0.15m/s dans le cas 1 alors qu'elle vaut ~0.65m/s dans le cas 2 : c'est ~4 fois plus malgré le SPL moins élevé de 9dB !
Intensité acoustique
Ici par contre, l'intensité acoustique vaut 0 dans le premier cas, comme dans toute pièce parfaitement réfléchissante en régime établi, alors qu'elle vaut ~140W/m² dans le deuxième cas. Pour moi c'est ce cas qui correspond le plus à mon ressenti: on ne ressent absolument AUCUN effet sur le corps/les vêtements et ce quel que soit le niveau sonore. Certes, les oreilles perçoivent un SPL élevé, le siège vibre parce que le plancher du caisson n'est pas suffisamment rigide pour l'empêcher de vibrer, mais cela s'arrête là: il n'y pas de vent, d'énergie qui se transmet par le son sur mon corps à travers les vêtements. Quand j'ouvre la porte, je perçois légèrement le vent qui apparaît mais sur le côté et il ne se trouve pas dans le sens que je souhaiterai (j'aimerai que le vent aille dans la direction avant<->arrière et pas gauche<->droite).
Ce serait pour moi une bonne explication du fait que le grâve est meilleur en plein air que dans une pièce, et meilleur dans une grande pièce ou une pièce moyenne bien traitée que dans une petite pièce (au niveau de la perception du corps, j'ignore évidemment les modes de résonances et autres joyeusetés) : si la puissance perçue correspond effectivement à l'intensité acoustique, alors elle est directement proportionnelle à la puissance absorbée par la pièce. Hors la puissance absorbée dépend de la capacité d'absorption de la pièce, qui dépend de la propriété et de la surface des matériaux en contact avec l'énergie sonore (ou des volumes si on considère des basstraps...).
A "remplissage" égal, une grande pièce aura une plus grande puissance d'absorption sonore qu'une petite pièce. L'intensité acoustique sera plus grande, et dirigée majoritairement vers les "puits" d'énergie sonore donc vers les endroits qui absorbent : il vaut donc mieux absorber derrière si on veut que l'intensité acoustique aille des hauts parleurs de devant vers les absorbants situés à l'arrière, et donc d'avant en arrière...
Est-ce que le raisonnement vous paraît correct jusque là ?
Je peux essayer éventuellement de comparer la vélocité des particules d'air à SPL égal en changeant la puissance sonore émise par le diaphragme dans le tube... J'essaie actuellement d'imaginer un moyen de transformer mon caisson pour bénéficier de cette intensité acoustique sans en perdre totalement les avantages que je ciblais (SPL réduit à l'extérieur et influence -distorsion et résonance- de la pièce négligeable par rapport au sweetspot dans le caisson...).