Construire son home-cinéma de A à Z

[Fre.Mo]

J’ai commencé les plans… En fait, non, j’ai essayé. J’ai dessiné divers rectangles sur une feuille de papier, mais il y a tellement de questions sans réponse que je bloque rapidement.

La tentation d’aller trop vite est une cause d’erreurs fréquente. Quand on fait une maison, il vaut mieux construire les murs avant de les peindre. Pas l’inverse. De même, il serait maladroit de commencer par choisir la taille de l’écran en fonction des dimensions de la pièce. Ça ne marche pas comme ça.

Il est préférable de suivre une procédure méthodique telle qu’on l’enseigne à l’école (THX et ailleurs).

Dans l'ordre par étape:
1- Examiner la pièce qui va recevoir le cinéma, ses accès, les passages de ventilation, les branchements électriques, la proximité de machines bruyantes (chaufferie, ascenseur), ou de pièces sensibles (chambre).
2- Déceler les anomalies acoustiques de la pièce, d’après sa géométrie, ses proportions, les matériaux qui la composent.
3- Analyser les anomalies constatées pour comprendre leurs causes.
4- Imaginer plusieurs remèdes efficaces et acceptables en fonction de l’espace disponible, de l’ergonomie souhaitée et du budget alloué.
5- Calculer les paramètres qui permettront de mettre en œuvre la ou les solution(s) adaptée(s).
6- Imaginer une décoration qui n’entre pas en conflit avec le traitement envisagé (et waf compatible).
7- Déterminer le nombre et la position des fauteuils en fonction de la surface de la zone d’écoute calculée et des anomalies résiduelles non solvables.
8- Déterminer la directivité et la position des enceintes en fonction de celle des fauteuils, ainsi que leur puissance en fonction de la sensibilité et du niveau sonore demandé.
9- Déterminer la taille et la position de l’écran en fonction de celle des fauteuils et du placement des enceintes.
10- Tracer les plans de construction.

Pour l’instant, seule la première étape est franchie. La deuxième est commencée. Les plus difficiles sont la 3 et surtout la 4, sachant que les méthodes qui fonctionnent empiètent sur le volume de la pièce.

Cette numérotation permettra de situer l'étape sur les posts à venir.

Pouvez-vous indiquer un ordre de grandeur pour les échelles de temps relatives à chacune des étapes. C’est une salle qui est prévue d’être terminée dans combien de temps ?

[Jean-Pierre Lafont]

ok donc quand la plus part de nous "" traite "" avec 20 cm sur les mur maxi ( 40 - 60 cm sur la face av) on est loin du compte dans les graves

Et oui , 20cm efficace jusqu'à 400hz , 50cm c'est 170hz , 40hz c'est 2m
Mais on peut améliorer les choses en fonction de la densité et le système de montage de la laine , sans doute que JPL y reviendra plus tard

Tout cela est vrai. Je dois trouver une réponse à ces questions et vous serez informé en temps réel.

[Jean-Pierre Lafont]

Pouvez-vous indiquer un ordre de grandeur pour les échelles de temps relatives à chacune des étapes. C’est une salle qui est prévue d’être terminée dans combien de temps ?

Mon pauvre ami, si vous saviez...
Combien de temps faut-il pour écrire un programme informatique ? Combien de temps pour construire Flamanville ?
J'aimerais le savoir pour cette salle et le propriétaire encore plus que moi !

Il y a des études qui demandent 2 à 3 semaines, d'autres qui durent 4 ans.
Je cherche la méthode la mieux adaptée, la plus efficace, la moins chère et qui prend le moins de place. Je n'ai pas encore résolu l'équation.

[josk1]

En partant d'un feuille blanche, et une avec carte de même couleur tant en termes de dimensions et de budget (je compte gagner à l'euromillions, c'est mon business plan au vue de la conjoncture actuelle )... serait-il alors envisageable de sauter les 5 premières étapes en prévoyant directement LA boîte parfaite? Avez-vous déjà pu vous approcher de ce Graal?

Genre, je vous dit:
- j'ai un grand terrain
- les premiers voisins sont à > 1km
- pas de route/chemin de fer à proximité
- je vais démarrer les plans de la maison, dites moi ce qu'il faut pour THE cinema en imaginant 10 ou 15 places assises, etc.

[MIB91]

La carte serait plutôt gold...

[Sebi87]

Genre, je vous dit:
- j'ai un grand terrain
- les premiers voisins sont à > 1km
- pas de route/chemin de fer à proximité
- je vais démarrer les plans de la maison, dites moi ce qu'il faut pour THE cinema en imaginant 10 ou 15 places assises, etc.

Tout dépend si tu fais juste construire un cinéma ou bien une habitation avec un cinéma incorporé. Auquel cas l’isolation acoustique fait toujours parti de l’équation si tu n’es pas célibataire


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[Jean-Pierre Lafont]

En partant d'un feuille blanche, et une avec carte de même couleur tant en termes de dimensions et de budget (je compte gagner à l'euromillions, c'est mon business plan au vue de la conjoncture actuelle )... serait-il alors envisageable de sauter les 5 premières étapes en prévoyant directement LA boîte parfaite? Avez-vous déjà pu vous approcher de ce Graal?

C'est comme si vous demandiez à un médecin de zapper l'auscultation, les analyses, le diagnostic et de prescrire directement un traitement

Non, la boite parfaite n'existe pas. A moins de poser le matériel dans un désert de sable, les étapes sont indispensables dès qu'il existe au moins 1 mur.

[Jean-Pierre Lafont]

Dès qu’une onde sonore rencontre une surface, elle s’y réfléchit. L’auditeur reçoit le son en ligne directe de la source, puis la réflexion qui vient s’ajouter quelques millisecondes plus tard. Ce retard est induit par l’écart de la distance parcourue par la réflexion en regard de celle du signal direct.

Le rapport de phase entre les deux ondes (directe et réfléchie) est dicté par la longueur d’onde, donc par la fréquence du signal et par l’écart de distance.
Le niveau sonore perçu est directement lié à ce rapport de phase qui change tout le temps en fonction de la fréquence, de la distance du mur, de l’emplacement des enceintes et de l’auditeur.



L'onde incidente, c'est à dire le signal directement émis par le haut-parleur (couleur verte) se déplace vers la droite. En réalité, le son se propage dans toutes les directions mais pour simplifier l'exposé je n'en considère ici qu'une seule.
Tôt ou tard, cette onde rencontre un mur. La ligne en pointillés gris serait la continuité de l'onde incidente, si le mur n'existait pas. La réflexion (en jaune) est l'image miroir de cette continuité.

Ici, le décalage est modéré (105°), soit 1,02m à 100 Hz où la longueur d'onde est 3,44 m.
Les deux ondes sont relativement proches, donc leur somme est positive. L'interférence est dite constructive car l'onde résultante (en rouge) est plus grande que l'onde incidente. Il y un gain du niveau sonore.



Dans cet autre exemple, toujours à 100 Hz, l'écart est plus important (1,53 m) c'est à dire proche une demi longueur d'onde. L'écart de phase est plus important, les deux ondes sont éloignées. L'interférence est destructive. Elle se traduit par une baisse du niveau sonore.



Ici, nous sommes face à un cas particulier. L'onde réfléchie est en retard d'une période complète sur l'onde incidente. L'écart de distance qui les sépare est donc exactement une longueur d'onde. Cela pourrait d'ailleurs être plusieurs longueurs d'onde entières car le signal est cyclique, ce qui lui permet d'avoir une fréquence, sinon ce serait une impulsion isolée.
Les deux ondes se superposent parfaitement, leurs énergies s'ajoutent. Si les ondes ont la même amplitude initiale, la pression acoustique double, le niveau sonore s'apprécie de 6 décibels.



Autre cas particulier. La réflexion est en retard d'une demi longueur d'onde. L'écart de distance pourrait aussi bien être 1,5 ou 2,5... fois la longueur d'onde. La phase entre ces ondes est opposée (180°).
Si les ondes ont la même amplitude initiale, les énergies s'annulent, le son disparaît.



Dans la réalité, il est rare qu'une réflexion ait exactement la même amplitude que l'onde incidente car le mur absorbe toujours une partie de l'énergie qu'il reçoit. Néanmoins, le taux de réflexion d'un mur lisse (plâtre peint) atteint souvent 95 à 98%.
L'énergie réfléchie peut aussi dépasser celle de l'onde incidente quand deux réflexions synchrones arrivent au même endroit au même instant, en phase avec l'onde incidente. C'est le cas lorsqu'un fauteuil est au milieu dans l'axe de la pièce à mi-distance des murs latéraux. La phase de la pièce n'est plus minimale.

Je viens d'expliquer très sommairement une des raisons pour lesquelles la réponse en fréquence de votre installation est irrégulière. Il y a d'autres raisons que j'aborderai plus tard.
La nature des interférences étant variable suivant la position de chaque auditeur, il est impossible de corriger la pièce autrement qu'en neutralisant la réflexion dès que le rayonnement de l'onde incidente atteint une surface par absorption active ou passive ou en brisant l'onde, c'est à dire en supprimant sa relation de phase par diffusion.

[Akoustics]

Pouvez-vous indiquer un ordre de grandeur pour les échelles de temps relatives à chacune des étapes. C’est une salle qui est prévue d’être terminée dans combien de temps ?

Mon pauvre ami, si vous saviez...
Combien de temps faut-il pour écrire un programme informatique ? Combien de temps pour construire Flamanville ?
J'aimerais le savoir pour cette salle et le propriétaire encore plus que moi !

Il y a des études qui demandent 2 à 3 semaines, d'autres qui durent 4 ans.
Je cherche la méthode la mieux adaptée, la plus efficace, la moins chère et qui prend le moins de place. Je n'ai pas encore résolu l'équation.

Jean-Pierre a raison, je ne vois pas comment on peut donner un ordre de grandeur étant donner que chaque projet a ses contraintes propres à tous les niveaux.

Si en plus vous partez d'une feuille blanche par exemple avec le batiment à construire au préalable et/ou à intégrer à un existant comme mon projet par exemple,

Vous allez rencontrer tout un tas de difficultés que vous n'auriez pas forcement prévu même après mûr réflexion, qu'elles soient d'ordre techniques, administratives, urbanistiques, normatives et financières ... qui quoiqu'il arrive accroiteront le temps de réalisation jusqu'à atteindre la cible.

Je le dis régulièrement autour de moi : il faut de la motivation quel que soit votre projet ... et dans tous les cas si vous souhaitez faire les choses correctement, ce sera chronophage, cela vous 'prendra la tête', vous devrez vous adapter, trouver des solutions à des problèmes et faire des concessions.

Cela vous occupera fortement l'esprit, et tout le monde n'a pas l'envie suffisante ou la capacité à s'engager dans une telle démarche.

[Jean-Pierre Lafont]

Lorsqu’on aborde l’étude d’une salle ou d’une pièce d’écoute il est d’usage de penser les dimensions en longueurs d’onde plutôt qu’en mètres. Que la pièce soit grande ou petite, la musique ou les films qu’on y écoute sont les mêmes et ils contiennent les mêmes fréquences. Or, ce qui détermine les dimensions des éléments de correction acoustique n’est pas la taille de la pièce mais la longueur d’onde des fréquences qu’ils doivent corriger.

Vous allez me demander comment fait-on si le traitement est trop volumineux pour tenir dans la pièce ? Autrement dit, comment fait-on pour loger une longueur d’onde de 15 mètres dans une pièce de 5 mètres ou si vous préférez, comment entrer un camion semi-remorque dans un box à voiture ? Ben, à moins de plier l'onde en trois, elle n’entre pas.

A retenir: les dimensions des dispositifs de correction acoustiques ont peu à voir avec les dimensions de la salle, mais plutôt avec les longueurs d’ondes que la salle peut accepter.
Vous savez comment produire des basses profondes et puissantes avec un seul haut-parleur de 10 cm ? Moi pas. Il va donc falloir s’adapter.

La longueur d’onde s’obtient avec c/f c’est dire la célérité, ou la vitesse de propagation du son dans l’air si vous préférez, divisée par la fréquence du signal.
A 20 Hz, la longueur d’onde mesure 344/20 = 17,20 m. Idéalement, nos pièces d’écoute devraient mesurer au moins 18 mètres dans ses 3 axes pour qu’une onde de 20 Hz puisse s’y développer sans rencontrer d’obstacle, mais ce n’est jamais le cas.

D’un côté, ce n’est pas plus mal car les résonances ne peuvent pas se développer dans une dimension inférieure à une demi-longueur d’onde. De l’autre, l’onde sera réfléchie plusieurs fois avant d’être entièrement développée avec les distorsions d’amplitude que cela engendre.

Prenons un exemple dans une seule dimension. Une pièce a une longueur de 6 mètres. A 230 Hz, quatre périodes de de 1,5 mètre peuvent s’y développer avant de rencontrer le mur opposé.



Par contre, à 20 Hz la longueur de l’onde vaut presque trois fois la longueur de la pièce. L’onde sera brisée 2 fois avant d’être entièrement développée. Cela n'affecte pas la perception fréquentielle de l'onde. Par contre le niveau sonore sera partiellement perturbé.

Pendant les 18 premières millisecondes, il n'y a pas encore de réflexion et l'onde se développe naturellement. Quand la première réflexion apparaît (en jaune), son énergie interfère avec l'onde qui se développe encore (en rouge). Selon que cette énergie est positive ou négative (dessus ou dessous la ligne zéro), elle s'ajoute ou se soustrait à l'onde en cours. On seconde réflexion apparait alors que le développement n'est pas terminé et vient encore altérer l'amplitude globale résultante.



Ce constat ne doit pas vous alarmer. Le signal sonore est une suite d'ondes dont la longueur totale dépasse largement les dimensions de n'importe quelle pièce. La solution passe par la maîtrise des réflexions. Ce post était destiné à montrer que le phénomène existe et qu'on doit en tenir compte.

Mais nous allons voir qu'il y a encore d'autres problèmes omniprésents bien plus dommageables.

[Fre.Mo]

Merci pour ces explications très didactiques. Jusque là j’arrive à suivre et c’est très clair.
J’espère que par la suite vous approfondirez la notion de rotation de phase dont on entend beaucoup parler lorsque qu’on nous parle des systèmes de correction électronique des défauts des pièces car je ne comprends pas comment, avec la phase qui varie avec la fréquence si j’ai bien tout compris, ils affichent fièrement une phase corrigée qui est constante (doit on dire linéaire ?) sur l’ensemble du spectre.

[Jean-Pierre Lafont]

Merci pour ces explications très didactiques. Jusque là j’arrive à suivre et c’est très clair.
J’espère que par la suite vous approfondirez la notion de rotation de phase dont on entend beaucoup parler lorsque qu’on nous parle des systèmes de correction électronique des défauts des pièces car je ne comprends pas comment, avec la phase qui varie avec la fréquence si j’ai bien tout compris, ils affichent fièrement une phase corrigée qui est constante (doit on dire linéaire ?) sur l’ensemble du spectre.

J'évoquerai cette question lors du calibrage de la salle. Je souhaite ne pas mélanger toutes les étapes sinon il sera difficile de suivre le fil de la construction.

[Jean-Pierre Lafont]

Pour l'instant je dois m'intéresser aux résonances des la pièce et il y en a beaucoup. La présence permanente de résonances marquées dans le registre grave est le principal fléau des petites pièces d’écoute.

J'ai préparé une petite vidéo (elle a 10 ans mais elle est indémodable). La scène se passe dans une pièce de 5,2 x 4,5 x 2,8 m. Les murs sont en plâtre peint, le sol en dalles synthétiques. Seul le plafond est traité en absorption. Un subwoofer est placé dans un angle de la pièce.



Pour l’occasion, j’ai fabriqué un bargraph géant. La colonne rouge à gauche du bargraph montre le niveau de sortie de l’ampli tandis que la colonne verte à droite indique le niveau capté par le micro. L’échelle est 1 décibel par diode lumineuse.

La fréquence du signal étant assez basse (120 Hz), vous aurez peut-être du mal à l’entendre sur un smartphone. De vraies enceintes seraient mieux appropriés.

Cliquez sur l'image pour voir la vidéo et regardez le bar-graph.

On constate que les deux auditeurs assis côte à côte dans la même pièce sont exposés à des écarts de pression supérieurs à 30 décibels. Notez que 30 dB représentent un rapport d’intensités de 1000, comme si un ampli délivrait 100 watts et l’autre 0,1 watt.

Cet exemple n’a rien d’exceptionnel. J’ai mesuré un grand nombre de home cinémas et chaque fois, j’ai fait le même constat. L’animation ci-dessous montre la réponse entre 20 Hz et 150 Hz d’une centaine de home-cinémas choisis au hasard. Certaines installations étaient déjà égalisées.



Qu’en est-il chez vous ? Etes-vous prêt à faire le test ?
J’ai préparé 2 fichiers de test. Format (PCM 48k durée 60 secondes). Cliquez sur les images pour les télécharger.

Le premier contient un signal sinusoïdal balayé de 20Hz à 200 Hz. Niveau constant : -0,5 dBFS avec 2 chirps au début pour ne pas vous faire surprendre par le niveau.
0 dBFS, c'est très fort ! Baissez d'abord le bouton de volume, puis ajustez à votre convenance.



- Ecoutez la plage depuis votre fauteuil préféré. Essayez plusieurs fauteuils si vous en avez. Notez les éventuelles fluctuations de niveau.
- Répétez l’expérience en vous promenant lentement derrière les fauteuils.

Si le bas du spectre est inaudible à cause de la sensibilité de l’oreille ou de la réponse du subwoofer, voici un second fichier contenant le même signal mais avec une décroissance progressive depuis -0,5 dB jusqu’à -20,5 dB pour équilibrer la progression sonore. Remontez le volume si nécessaire.



Partagez vos impressions.

[Fre.Mo]

Si le bas du spectre est inaudible à cause de la sensibilité de l’oreille ou de la réponse du subwoofer, voici un second fichier contenant le même signal mais avec une décroissance progressive depuis -0,5 dB jusqu’à -20,5 dB pour équilibrer la progression sonore. Remontez le volume si nécessaire.

Même si sur ce deuxième extrait le niveau semble moins varier lorsque la fréquence augmente, je suppose qu’on ne peut pas dire qu’il faudrait régler le subwoofer avec une courbe cible décroissante de -20 dB entre 20 et 200 Hz pour ressentir toutes les fréquences de façon équilibrée ?

[dr rotule]

Si le bas du spectre est inaudible à cause de la sensibilité de l’oreille ou de la réponse du subwoofer, voici un second fichier contenant le même signal mais avec une décroissance progressive depuis -0,5 dB jusqu’à -20,5 dB pour équilibrer la progression sonore. Remontez le volume si nécessaire.

Même si sur ce deuxième extrait le niveau semble moins varier lorsque la fréquence augmente, je suppose qu’on ne peut pas dire qu’il faudrait régler le subwoofer avec une courbe cible décroissante de -20 dB entre 20 et 200 Hz pour ressentir toutes les fréquences de façon équilibrée ?

Là tu parles de courbe cible. Et je pense que ce sujet arrive à la toute fin des réglages