TIPE

Question 1

INTRO

Answer 1

• Bonjour, je vais vous présenter mon TIPE qui porte sur :
• L’étude des interférences dans le cadre d’un studio d’enregistrement
• Dans l’objectif de déterminer :
• Comment placer un microphone dans un studio d’enregistrement afin d’obtenir la retranscription sonore la plus fidèle possible

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Question 2

ENJEUX

Answer 2

• Tout d’abord, j’aimerais mettre en lumière les enjeux de cette étude :
• Concrètement en studio :
• Phénomène : interférences entre l’onde émise et l’onde réfléchie sur le mur
• Alors : en chaque point, certaines fréquences sont renforcées (=ventre) et d’autres atténuées (=noeud)
• le signal est donc déformé entre deux points différents
• effets dépendent de géométrie, matériaux et meublage
• c’est pourquoi ingénieurs du son proposent des études personnalisées
• Cadre d’étude : étude complète : spectre fréquentiel complet + caractère tridimensionnel de la pièce ; très complexe, surtout si pas un pavé ou si pas un spectre donné (différentes notes voir instruments)
• on se limite à unidimensionnelle, vide, sinusoïdale
• suffisant pour mettre en évidence l’importance du phénomène d’interférences
• permettrait d’aborder modèle fréquentiel plus complet : δf

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Question 3

SOMMAIRE

Answer 3

• pour cette étude :
• d’abord expliquer matériel utilisé et expériences menées
• puis présenter et analyser résultats obtenus
• finalement autre moyen de contrer interférences, souvent plus efficace, surtout dans le cas réel : revêtement muraux

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Question 4

DISPOSITIF EXPERIMENTAL 1

Answer 4

• pièce en carton
• prévu cube mais vu qu’il fallait éviter géométrie parallèles
• donc plus large et basse devant que fond
• permet aussi étude des modes non-axiaux moins importante
• émetteur : tel, application Tone Gen
• récepteur : microphone omnidirectionnel UMIK-1
• prévu 1m de long et 850Hz pour 5 fuseaux mais vu après première série de mesure que 1m06 après assemblage : 800Hz

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Question 5

DISPOSITIF EXPERIMENTAL 2

Answer 5

• analyser spectres enregistrés : Ableton et plug-in de fft SPAN, de Voxengo
• on lit ici l’intensité du signal perçu
• voici à quoi ressemble montage global, un mètre pour placer microphone

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Question 6

DEUX PROTOCOLES

Answer 6

• deux expériences différentes : balayer l’ensemble de la longueur + observer précisément sur ventre (maximum d’amplitude) et nœud (minimum d’amplitude)
• balayage : 4 séries de mesures tous les 5cm, entre 15cm et 90cm à l’émetteur
• fréquence 800Hz dans une pièce de 1m06, on devrait observer des nœuds tous les 21cm (21, 42 etc…) et les ventres décalés de 10cm (32, 53 etc…)
• points précis : 10 séries de mesures au nœud à 42cm et au ventre à 53cm)

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Question 7

800Hz

Answer 7

• au-delà de permettre d’observer des interférences dans une pièce d’environ 1m, j’ai utilisé une fréquence de 800Hz car :
• fréquence présente dans beaucoup de sons, comme on le voit ici : roulement de batterie, note de guitare, voix humaine
• zone importante pour le mix : contribue à la clarté et l’intelligibilité du son
• ni trop grave, ni trop aiguë : évite que les résultats soient spécifiques à un extrême du spectre
• peut poser des problèmes d’interférences réalistes en studio, puisque les fuseau sont d’une longueur d’environ 20cm

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Question 8

RESULTATS EXPERIMENTAUX (1)

Answer 8

• comparaison des résultats que j’ai obtenus au cours des quatre répétitions de l’expérience de balayage :
• valeurs en dBFS, décibels full scale
• on définit les décibels par rapport à une référence, généralement le seuil d’audibilité humaine
• mais en traitement sonore on prend souvent comme référence l’intensité maximal que peut traiter un système numérique, appelé full scale
• on enregistre une intensité plus faible : le rapport des deux est inférieur à 1 et les décibels full scale sont négatifs car on applique le logarithme népérien
• valeurs moyennes et incertitudes juste après pour une étude plus quantitative
• l’expérience est répétable : globalement la même allure, mis à part sur les trois derniers points pour lesquels le positionnement a peut-être été moins précis

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Question 9

RESULTATS EXPERIMENTAUX (2)

Answer 9

• moyenne de l’intensité mesurée pour chaque point à gauche, avec les incertitudes types
• bien des sorte de haut et de bas, entourés en rouge, mais on remarque une décroissance globale qui ne correspond pas à ce qui était prévu
• atténuation : pas la même intensité entre un ventre à quelques centimètres et un ventre à l’autre bout de la pièce
• voire une intensité plus élevée sur un nœud proche de l’émetteur que sur un ventre éloigné, comme on peut l’observer ici
• cet effet ne nous intéresse pas : en réalité on veut déplacer le micro mais pas changer la distance à laquelle on émet
• modèle simplifié d’onde sphérique, pas réel mais plutôt bonne approximation
• l’énergie, en carré de l’amplitude, décroit en 1/r², donc l’amplitude en 1/r

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Question 10

RESULTATS EXPERIMENTAUX (3)

Answer 10

• donc superposé ce que donne le tracé de l’amplitude en 1/r
• c’est bien cette décroissance globale et oscillations toutes autour
• plus de clarté, j’ai tracé l’intensité normalisée : différence entre celle mesurée et celle prédit par le modèle en 1/r
• prendre en compte les interférences mais pas l’atténuation
• environ 5 fuseaux (aussi entre 0 et 15cm et entre 90 et 106cm)
• ventres et nœuds bien vers les endroits prévus (marqués en vert pour les nœuds et en rouge pour les ventres)
• seule la mesure à 55cm est vraiment surprenante (on devrait avoir un ventre)
• d’autant que l’écart-type y est particulièrement faible
• malgré tout légère décroissance : surement atténuation un peu plus forte qu’en 1/r
• peut-être aussi atténuation par absorption

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Question 11

RESULTATS EXPERIMENTAUX (4)

Answer 11

• après avoir vérifié que interférences bien observables et globalement cohérent, voici les résultats que j’ai obtenus au cours de mes 10 mesures au nœud à 42cm et au ventre à 53cm
• ce ventre et ce nœud car ce sont les plus au centre et donc les endroits où on est le plus susceptible de placer le microphone, mais ils sont théoriquement tous équivalents
• écart moyen de -3.88dBFS au nœud, correspond bien à ce qu’on obtenait aux différents nœuds par le balayage
• écart de +2.47dBFS au ventre, légèrement plus haut ce qu’on obtenait aux différents nœuds par le balayage
• mais globalement cohérent
• met en évidence de manière plus claire et plus précise (σ ≈ 1,5dBFS au lieu de 3 ou 4 précédemment) l’importance du positionnement du microphone sur le signal capté :
• différence de plus de 6dB entre un noeud et un ventre

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Question 12

REVETEMENTS ACOUSTIQUES

Answer 12

• mousses acoustiques : matériaux poreux, donc constitués de sorte de capsules, qui atténuent les ondes sonores en dissipant leur énergie
• deux exemples de mousses ainsi que le schéma d’un pore
• onde sonore pénètre dans la mousse, multiples réflexions dans les pores : énergie convertie en chaleur par frottement visqueux et pertes thermiques : absorption visco-thermique
• permet d’atténuer l’onde pour qu’elle devienne d’amplitude négligeable une fois réfléchie : supprimer l’onde retour, qui cause les interférences

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Question 13

PERTES PAR VISCOSITE

Answer 13

• onde acoustique = onde de surpression : pénètre dans les pores et fait osciller l’air à l’intérieur
• il existe une couche limite proche des parois à l’intérieur de laquelle la vitesse de l’air est très limitée : gradient de vitesse de l’air
• viscosité de l’air : couches lentes freinent les plus rapides, dissipant ainsi de l’énergie cinétique
• transformée en chaleur et l’onde en ressort atténuée

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Question 14

PERTES THERMIQUES

Answer 14

• onde sonore : onde de surpression, cause des variations de pression dans les pores
• température augmente avec la pression :
• haute pression, l’air se comprime et chauffe, et inversement à basse pression se détend et se refroidit
• conductivité thermique de la mousse : transfert de chaleur entre l’air et la paroi à chaque cycle
• dissipe énergie sous forme d’énergie thermique

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Question 15

CONCLUSION

Answer 15

• quelques difficultés :
• incompréhension initiale face au décalage des nœuds car pas pensé à remesurer la pièce après l’avoir montée pour vérifier sa longueur
• m’a amené à modifier la fréquence de mes expériences
• face à la décroissance globale due à l’absorption que je n’avais pas envisagée
• que j’ai réussi à compenser en comparant mes valeurs aux valeurs théoriques concernant l’effet de l’absorption seule
• réussi à mettre en évidence l’influence claire du positionnement du microphone sur la captation sonore
• évidement pas l’effet théorique (amplitude nulle aux noeuds, et donc valant -inf en décibels)
• mais l’effet reste largement observable, avec différences d’environ 6dB entre nœuds et ventres
• tirer profit de cet effet en se plaçant sur un ventre, mais en réalité spectre de fréquence :
• nœuds et ventres pas aux mêmes endroits pour chaque bande du spectre
• d’où l’importance de se concentrer sur les revêtements et pièges acoustiques
• si je devais refaire ce TIPE :
• je choisirais de le faire directement dans une vraie pièce
• ça aurait été plus logique et plus proches des vrais effets dans un studio
• j’utiliserais un rail pour guider le micro plus précisément