27
67
Spécial « infrasons »
e bang supersonique est un son impulsionnel dont
la signature temporelle est particulière (onde dite en «N»
pour le bang primaire, le premier signal perçu, ou en «U»
pour les suivants). Sa pression acoustique maximale est
élevée (de l’ordre de 120 Pa), son spectre est particuliè-
rement riche dans les très basses fréquences (entre 1 et
30 Hz), et son signal temporel comporte aussi plusieurs
fronts assez raides (temps de transition de l’ordre de 1 à
10 ms, dépendant notamment de la turbulence).
L’objectif de notre travail est d’assurer la reproduction en
cabine de différents signaux présentatifs de la variabilité du
bang supersonique primaire au sol sous l’effet de sa propa-
gation à travers la couche limite atmosphérique turbulente,
afin d’en réaliser l’évaluation psychoacoustique. Cette cabine
de simulation, doit assurer une pression maximale de 6 à
7 Pa (soit un niveau maximal de 110 dB SPL) à 3 Hz soit
20 fois moins que la pression maximale d’un bang super-
sonique c’est-à-dire 26 dB SPL en dessous.
Nous avons donc conçu une installation électroacoustique
permettant d’atteindre ce niveau, avec la triple contrainte
de générer linéairement la partie basse du spectre, d’as-
surer une bonne fidélité dans les hautes fréquences, et de
garantir la cohérence de phase nécessaire aux transitoires.
Pour limiter le débit acoustique à reproduire, le volume
d’écoute a été réduit à une cabine juste assez grande pour
accueillir confortablement une personne. Cette cabine est
équipée d’un système de reproduction bi-canal, qui traite
spécifiquement deux bandes de fréquences :
- Les très basses fréquences :
l’auditeur doit être
«immergé» dans un champ de pression à peu près uniforme,
a priori ressenti par l’ensemble du corps. Le système de
reproduction est alors optimisé pour éviter d’exciter les
modes de la salle existant dans cette zone du spectre.
- Les fréquences plus élevées :
la perception est très
majoritairement aérienne. La fidélité de reproduction revient
alors à garantir la forme d’onde reproduite au voisinage
des oreilles du sujet. Pour cela, une source sonore fron-
tale unique est utilisée. Une phase préalable d’égalisation,
réalisée à l’aide d’une tête artificielle, permet de reproduire
fidèlement les stimuli en présence du sujet.
Une étude perceptive dans cette cabine de simulation,
nous a permis d’estimer la gêne due au bang superso-
nique et de définir des critères psychoacoustiques de
gêne qui pourraient faire partie d’une réglementation sur
les voies aériennes empruntées par les avions supersoni-
ques. La sonie et la gêne étant fortement corrélées nous
avons étudié ces deux grandeurs. Pour différents types
de bangs supersoniques, la sonie et la gêne sont mesu-
rées sur des auditeurs. Un modèle est proposé reliant les
paramètres physiques caractéristiques d’un bang super-
sonique à la sonie et la gêne perçues.
Réalisation de la cabine de simulation du bang
supersonique
Un signal de bang sonique correspond approximativement
à une onde en N, dont la pression acoustique maximale est
élevée (de l’ordre de 120 Pa) et dont le spectre est particu-
lièrement important autour de quelques Hertz (fig. 1).
Fig. 1 : Exemple d’un signal temporel et
fréquentiel de bang supersonique
Pour éviter tout risque pour les auditeurs, nous avons fixé
le niveau maximal pouvant être reproduit dans la cabine à
environ 110 dB SPL (non pondéré), le maximum du spectre
étant vers 3 Hz, et la limite basse à reproduire étant d’en-
viron 1 Hz. Des dimensions de l’ordre de 3 m x 2 m x 2 m
(L x l x h) s’avèrent un bon compromis entre un volume
intérieur suffisant pour accueillir un auditeur, et le débit
acoustique requis pour atteindre le niveau spécifié.
Un volume clos présentant ces dimensions donc a été bâti
à l’intérieur d’une des salles du LMA servant de cabine
audiométrique et dont l’isolation était déjà excellente.
Cette salle va servir de «peau extérieure» à la cabine. Puis
les parois du volume intérieur ont été bâties en dalle de
SIPOREX de 7 cm d’épaisseur qui ont été enduites pour
en améliorer l’étanchéité. Enfin, elles ont été recouvertes
d’un revêtement absorbant, permettant de réduire très
significativement les réflexions aux fréquences élevées,
mais dont l’épaisseur raisonnable conduit à une absorption
décroissant rapidement en dessous de 300 Hz.
Un traitement passif des très basses fréquences impo-
sant des épaisseurs de matériaux incompatibles avec le
concept d’une cabine de petit volume, la compensation
des effets des parois a donc été gérée par le contrôle de
la réponse des haut-parleurs, pilotés de manière à réduire
l’influence des modes propres à l’intérieur de la cabine.
Celle-ci a donc été dotée sur l’ensemble de ses parois (sauf
le sol !) d’une répartition de 16 sources dédiées aux très
basses fréquences, ce nombre étant choisi en fonction du
nombre de modes actifs jusqu’à environ 200 Hz.
Choix des haut-parleurs
Compte tenu des fréquences à reproduire par les sour-
ces murales, nous avons sélectionné des haut-parleurs
dédié aux subwoofers de 30 cm de diamètre (AUDAX HT
300 G0). La sensibilité de ce type de haut-parleur est
faible (environ 66 dB SPL à 20 Hz, pour une tension de
1 Vrms). Cependant, sa principale limite n’est pas liée à
la puissance électrique admissible, mais au déplacement
de la membrane nécessaire pour obtenir le débit requis
avec une linéarité suffisante pour notre besoin, beaucoup
plus critique qu’en écoute de home-cinema. Par rapport
à la fiche technique du constructeur, nous avons donc
dimensionné l’installation de manière à utiliser moins de
15 % de l’excursion maximale du haut-parleur, et environ
1 % de sa puissance électrique admissible.
L
