Au rez-de-jardin du Laboratoire de mécanique et d’acoustique (LMA) du CNRS, à Marseille, une grande porte grise est sobrement décorée d’un petit autocollant bleu étoilé indiquant qu’elle garde un équipement financé en partie par l’Union européenne. Derrière, un sas d’un mètre de largeur s’étend sur plus d’une dizaine de mètres de gauche à droite. En face, une seconde porte s’ouvre sur un petit palier, duquel on contemple un immense espace de 300 m3 au design futuriste. Du sol au plafond, la pièce est tapissée de pointes taillées en biseau et orientées perpendiculairement les unes par rapport aux autres.
Enveloppées dans un tissu blanc, elles sont composées de laine de roche, un matériau aux propriétés acoustiques particulières. «Grâce à la structure et au matériau de ce revêtement, les murs de la pièce sont des pièges pour le son, explique Cédric Pinhède, coresponsable de l’équipe sons du LMA. En arrivant sur une paroi, l’onde sonore s’engouffre dans le revêtement, elle rebondit un grand nombre de fois sur les structures en pointe jusqu’à perdre toute son énergie, si bien qu’elle n’est pas réfléchie : aucun écho ne se forme.» Ici, la perception du son est inhabituelle. Étrange, diront certains. Si vous parlez à quelqu’un en lui tournant le dos, il ne vous entendra quasiment pas.
Dans cette salle totalement anéchoïque, les chercheurs étudient la propagation des ondes sonores en champ libre, sans aucune réflexion. Un environnement idéal pour caractériser des sources sonores (haut-parleurs, enceintes, voix humaine…) et mesurer les sons générés par certains objets et équipements, comme les pots d’échappement, les machines à laver et les lave-vaisselle… La limite d’anéchoïcité, autrement dit la fréquence minimale pour laquelle la chambre est capable d’absorber l’onde sonore, est proportionnelle à l’épaisseur du revêtement absorbant. «Ici, il mesure 1,40m d’épaisseur, pour une efficacité optimale jusqu’à une fréquence de 70Hz», chiffre Cédric Pinhède.
Trois chambres anéchoïques et un studio d'enregistrement
Lors de la construction des nouveaux locaux du LMA, inaugurés en 2016, les chercheurs ont poussé le concept pour obtenir un équipement de pointe. La chambre anéchoïque est enveloppée dans une boîte, comme une seconde peau, qui l’isole des sons extérieurs et des variations de température susceptibles d’influencer la vitesse du son. Et le sol repose sur des plots en béton surmontés de ressorts afin d’isoler la salle des vibrations extérieures. Le LMA dispose d’une seconde salle totalement anéchoïque, plus petite, conçue pour réaliser des tests de perception auditive, et d’une autre salle, semi-anéchoïque, dont le sol n’est pas recouvert du revêtement acoustique. Il y a aussi un studio d’enregistrement, des salles de travaux pratiques et une de synthèse de champ 3D. Au total, ces équipements scientifiques sont repartis sur trois plateformes technologiques qui occupent les trois quarts de la surface au sol du LMA.
«Notre équipe a une très forte composante expérimentale», souligne le coresponsable de l’équipe. Son expertise porte notamment sur les techniques actives de contrôle du bruit. Le principe ? Générer une onde sonore en opposition avec celle à atténuer pour créer une interférence qui annule le son. À la fin des années 1980, c’est grâce à cette approche que des chercheurs du LMA ont contribué à la mise sur le marché des premiers casques à contrôle actif de bruit. Aujourd’hui, l’équipe de Cédric Pinhède compte sur ces techniques pour repousser les limites d’exploration du son.
La perception des bruits en basse fréquence encore mal connue
Dans la plus grande salle totalement anéchoïque, elle va ajouter au revêtement acoustique un système actif de réduction de bruit pour tenter d’abaisser la limite d’anéchoïcité de la chambre jusqu’à une fréquence de 20 Hz. Tout a déjà été pensé au moment de la construction des locaux. Des câbles métalliques tirés du sol au plafond serviront de support pour installer une armada de microphones qui enregistreront les sons à atténuer. Et 64 câbles d’alimentation, répartis sur toutes les parois, alimenteront des haut-parleurs fixés au mur derrière le revêtement absorbant qui généreront le contre-bruit.
«Tout le câblage est prêt. Maintenant, nous allons mener une étude électroacoustique pour modéliser et dimensionner les haut-parleurs afin qu’ils couvrent la gamme de fréquences entre 20 et 70Hz, explique Cédric Pinhède. Si nous parvenons à descendre la limite d’anéchoïcité de la chambre dans les basses fréquences, ça sera une première mondiale !» L’intérêt de cette technologie pourrait être considérable tant les enjeux autour de l’étude des sons à basse fréquence sont grandissants. Avec l’allégement des structures des bâtiments et des moyens de transport, les niveaux de bruit en basse fréquence ne cessent d’augmenter. Or, à l’heure actuelle, la perception de ces sons est encore mal connue, faute de dispositifs expérimentaux de restitution sonore fiables et performants pour la caractériser. Des chambres anéchoïques dans les basses fréquences pourraient participer à combler ce manque.
La quête des très basses fréquences
«Récemment, nous avons mené des expériences qui confirment que l’humain entend des sons à des fréquences bien inférieures aux 20 Hz encore considérés comme la limite basse de notre audition», dévoile Cédric Pinhède, coresponsable de l’équipe sons du LMA. Pour étudier la perception humaine de ces sons à très basse fréquence, les chercheurs du laboratoire ont conçu une cabine de synthèse de champ en 3D dont les murs sont équipés de haut-parleurs capables de générer des sons de seulement 4 Hz. «Pour réduire les distorsions harmoniques dans les basses fréquences, nous avons installé des panneaux en polystyrène blanc qui réduisent le volume de la salle», ajoute Cédric Pinhède.
La cabine de synthèse de champ est l'un des équipements du LMA permettant d'étudier la perception de sons à très basse fréquence et sans distorsions harmoniques. © LMA
Diminution du coût de l’anéchoïcité
Reste que quelle que soit sa limite d’anéchoïcité, cet équipement de référence des acousticiens est très encombrant, coûteux et complexe à mettre en œuvre. Alors, l’équipe sons a imaginé une technologie innovante pour transformer n’importe quelle pièce standard en salle semi-anéchoïque grâce à un système actif de contrôle du bruit. Un démonstrateur est installé au sous-sol du LMA : une petite salle de la taille d’un bureau équipée de 58 microphones et 36 haut-parleurs, tous achetés dans le commerce pour rendre la technologie accessible.
«Dans le cadre de ma thèse, j’avais déjà montré qu’il était possible de rendre un mur acoustiquement transparent avec un système de contrôle actif du son, appuie Cédric Pinhède. Là, nous allons le faire sur cinq parois d’une salle.» Ce système actif opérera entre 70 et 300 Hz et l’anéchoïcité pour les fréquences supérieures sera assurée par un revêtement absorbant dont l’épaisseur ne dépassera pas une trentaine de centimètres. «Ce dispositif électro-acoustique sera beaucoup moins coûteux et plus simple à installer pour les industriels», pointe le chercheur. À terme, le système devrait être capable d’adapter en temps réel le son généré par les haut-parleurs en réponse à une source sonore variable.
