HiFi et perception psychoacoustique

[indien29]

Un sujet primordial comme la perception des sons tels que l'interprète nos cerveaux, un vaste sujet !

Il fait suite à des échanges intéressants sur ce post : https://www.homecinema-fr.com/forum/general-haute-fidelite/audiosciencereview-discussions-autour-des-mesures-t30100373-3315.html

Je vais essayer d'aborder le sujet assez simplement en fonction de ce que j'en comprends, sans entrer dans les détails.

C'est un sujet complexe car la perception des sons par notre cerveau dans le cadre d'une écoute dite Hifi dépends de 4 critères principaux :

- Le lieu ou la musique est diffusée, ses dimensions acoustiques (volume de la pièce, absorption des sons pas les murs, origine des sons réfléchis)

- Les points d'émissions sonores que sont les enceintes et leurs directivités Horizontales et Verticales

- Le point d'écoute, lieu ou se trouve l'auditeur

- Le mode de fonctionnement du cerveau, ses capacités à percevoir ce qui constitue le son, qui corresponds à une vibration des molécules dans l'air, créée par le déplacement de la membrane d'un haut parleur, donc de la perception d'une onde sonore qui comme toutes ondes, se définie par son ampli­tude, sa période, sa longueur d’onde, sa phase et sa fréquence.

L'amplitude, c'est le niveau sonore (le bouton de volume sur l'ampli)
La fréquence, se sont les sons graves ou aigus qui dépendent du nombre d'aller et retours du HP par seconde, donc du nombre de fois par seconde ou nos tympans perçoivent une différence de pression acoustique due à la déformation de l'air mise sous pression par le HP.

La phase, c'est le haut de la vague d'un son.
Un autre son d'une autre origine peut venir perturber cette première vague sonore.
Il est rare que les 2 sommets de ces vagues se déplacent ensemble, mais c'est ce à quoi s'applique un constructeur d'enceintes lorsqu'il fabrique une enceinte avec 2 HP, ils doivent être placés sur un axe identique pour que le top départ des sons ait lieu au même moment, ou user d'un retard électronique pour aligner temporellement les 2 centres émissifs.

[PAT 94]

Plus le type de musique écoutée qui peut être plus valorisé ou pas dans telle ou telle pièce.

Le niveau d'écoute.

[indien29]

Une écoute de 2 enceintes sans vent en extérieur, dont l'auditeur serait placé à parfaite équidistance des enceintes gauche et droite, percevrait sans perturbation au même moment les crêtes des vagues, donc parfaitement en phase.

Le cerveau, par une sorte d'artefact de cet événement inexistant dans la nature, n'arrive pas à distinguer l'origine des sources, il les perçoit au centre. Ainsi, il perçoit une source virtuelle unique en face de lui.

Si il se décale sensiblement à droite, le cerveau mesure la différence de temps que mets le son à parcourir la distance entre l'oreille droite et l'oreille gauche, au travers de l'ombre acoustique du visage.

Pour cette raison, l'écoute de 2 enceintes ne peut avoir lieu qu'au centre, tout décalage du centre effondrera la construction du centre virtuel des sons en phase, donc la perception des sons qui ont été mixés au centre.

Au cinéma, les sons mixés au centre sont reproduits physiquement par une enceinte centrale, ceci afin d'élargir la zone d'écoute possible, donc le nombre de sièges en largeur devant les enceintes.

Hélas, lorsque l'on écoute dans une pièce, les sons réfléchissent plus ou moins sur les murs le sol et le plafond, évidement ils sont difficilement en phase et perturbent l'écoute.

Une symétrie doit donc être respectée entre la distance du mur droit et gauche si les enceintes et l'auditeur ne sont pas suffisamment éloignées des murs et si les ondes sonores ne sont pas freinées entre l'enceinte / l'auditeur et les cloisons pour en réduire leurs intensités.

Le cerveau à pour sa part des limites dans ses capacités, il va confondre les sons dans un rapport entre le niveau sonore d'une source par rapport à une autre, en fonction de leurs niveaux et de la différence de temps entre le premier son et le second.

Le son des enceintes si les murs sont proches, sera perturbé si les sons de retour des murs reviennent dans la zone d'écoute avec une forte intensité et un temps très court.

C'est là ou tout ce joue...

Ceci est dépendant de la fréquence (les longueurs d'ondes des aigus sont moins concernés que les basses fréquences, mais les basses fréquences sont moins bien perçue par le cerveau.)

La zone d'analyse maximale du cerveau est donc la zone critique (500 / 4 kHz)

Si les sons de retour des murs sont symétriques, il est possible d'utiliser les murs pour créer des effets supplémentaires qui peuvent être agréables, comme ce qui s'apparente à une sorte l'enveloppe sonore.
Les sons de retour des murs enrichissent les sons directs des enceintes, donnent la sensation d'élargir la source sonore, mais cela ne fonctionne que si ces sons réfléchis reviennent sur la zone d'écoute, dans un délai supérieur à 10 millisecondes.

Toutes réverbérations inférieures à ce délai de 10mS sont perçues par le cerveau comme un événement unique, les sons de retour des murs sont fusionnés à ceux des enceintes.

C'est donc une catastrophe auditive car le son est déformé (réponse en peigne), il perd de son impact et retrouve "coloré", le son est lourdement dégradé.

Cette règle des 10mS est pondérée par la fréquence. Les basses fréquences ont des délais tolérables plus longs et les aigus plus courts, 60mS à 100Hz pour les basses, 6mS pour 2 kHz pour ce qui est des aigus.

Entre 10 et 20 millisecondes, les sons de retour des murs peuvent, s'ils sont symétriques entre le mur droit et gauche, enrichir l'enveloppe sonore.

La localisation des enceintes semble s'élargir car le cerveau réussi à séparer légèrement les sons direct des enceintes à ceux de retour des murs, nous sommes dans l'effet de Haas, moment ou l'intensité sonore et le temps permettent une légère séparation psychoacoustique.

Entre 20 et 50mS, c'est la réverbération, le cerveau différencie avec grande aisance les sons directs des sons de retour des murs

Au dela de 50mS, c'est de l'écho...
Pour un son plus agréable, le temps de réverbération doit homogène en fonction des fréquences...


Conclusion, l'éloignement des enceintes des murs est donc primordial pour éviter la zone des temps de fusion, la fameuse réponse en peigne.

Pour y remédier, il faut freiner les sons de retour des murs, par un traitement acoustique. Ce traitement tiendra compte de la répartition fréquentielle pour obtenir un "champ sonore" dont le délai de réverbération sera homogène.

[indien29]

La réponse en peigne est un phénomène créée par 2 sources sonores différentes qui jouent la même fréquence et qui s'interfèrent.
Celle du son direct produite par l'enceinte et celle de retour des murs qui est en fait une source virtuelle correspondante à la réflexion mais avec un délai trop court.
Elle vient créer des pics et des trous dans le son direct de l'enceinte, car le délai de la réflexion est inférieur au temps de fusion du cerveau.

Pour retarder cette zone sensible de fusion, Il faut avant tout s'assurer d'éloigner suffisamment les enceintes des murs.

Si on fait le calcul entre l'intensité sonore et le temps pour calculer la zone de fusion si nocive en fonction de la fréquence, on s'aperçoit que 1 mètre de distance entre l'enceinte et le mur repousse la réflexion à 10mS au dessus de 500Hz, ce qui est une fréquence acceptable pour une installation domestique, une fréquence plus basse serait la bienvenue !

On peut donc considérer 1 mètre comme étant la distance minimale à conserver entre l'enceinte et le mur.

Si cette distance n'est pas possible, il faut freiner le son réfléchi, un absorbant acoustique qui diminuera l'effet indésirable si on le place entre l'enceinte et le mur.

L'augmentation de la directivité de l'enceinte permet aussi de jouer sur les temps des sons de retour des murs.

Des études montrent qu'un bon équilibre en terme d'énergie perçue dans une pièce, est de 50% de sons directs (en provenance directe des enceintes) et 50% des sons réfléchis

Ce critère est modifiable en se rapprochant des enceintes ou en augmentant la directivité des enceintes, sans changer la position des enceintes ou de l'auditeur.

Mais la directivité des enceintes impose rapidement une limite...
L'énergie hors axe envoyée sur les murs devient progressivement plus faible que la fréquence est élevée car il est impossible de maintenir bas en fréquence cette directivité de l'enceinte.
Les ondes sonores étant progressivement plus longues que la fréquence diminue....

A contrario, une enceinte peu directive dans le médium et l'aigu enverra une énergie constante vers les murs, les sons réfléchis seront assez proches des sons directs en terme de répartition, il y aura un bon équilibre.
Seulement la proportion de 50% de sons direct et 50% de sons réfléchis ne sera obtenue que si la distance est limitée entre l'auditeur et les enceintes ou si le temps de réverbération est réduit par des traitements acoustiques qui rendent le champ sonore réverbéré homogène.

Sans traitement acoustique et dans un salon, l'écoute qualitative aura lieu assez proche des enceintes.

La taille du triangle d'écoute dépends de la distance des enceintes avec les murs, 1 mètre étant le minimum, puis la distance auditeur / murs dépends du souhait de préserver la règle des 50 / 50, ce sera dans une petite pièce réverbérante entre 1m et 1,5m. Plus est possible si la pièce est plus grande et / ou moins réverbérante.

la zone des 50/50) est possible à plus grande distance si la pièce est plus amortie (rideaux lourds, mobilier diffusants, canapés absorbants pas en cuir, salon chargé)

Une écoute au delà de la distance critique (zone des 50/50) est plus diffuse, le centre virtuel des sons en phase s'efface et l'impression d'enveloppe sonore augmente, c'est une écoute qui devient diluée, donc avec un centre virtuel faible, la phase est très peu perçue.

Dans ce cas, le respect de la perception d'une écoute en phase n'est plus possible, elle donc jugée inutile....

Dans ce cas, un décalage de l'auditeur par rapport au centre des enceintes devient possible, mais ce n'est plus une écoute de précision avec une construction et un respect de la scène sonore, c'est une écoute "d'ambiance" avec la seule perception des effets stéréos les plus importants qui peuvent être contenus dans l'enregistrement.

[indien29]

La DISTANCE CRITIQUE peut s'apprécier à l'aide de mesures

Il existe plusieurs types de mesurages pour y parvenir. Parmi celle-ci, celle proposé en MMM Greg Lagarrigue (merci à lui).

La méthode de mesure que je trouve la plus simple consiste à mesurer en MMM par pas de 50cm dans l’axe des enceintes, de l’avant > vers l’arrière de la salle.
Le recul voit une baisse de SPL par éloignement des enceintes.

Le moment ou l’éloignement voit une réduction de la perte de niveau par comparaison des mesures, corresponds au moment où la réverbération de la salle monte sur le champ direct, c’est l’endroit de l’équilibre

La mesure 9 en rouge corresponds à la Distance Critique, à 4,5m des enceintes chez Greg, qui utilise des enceintes DIY hyper directive (à raison à cette distance)



La DISTANCE CRITIQUE est une estimation, il y a une tolérance comme le montre les mesures.

Pour la technique de mesure MMM, HCFR a eu la primeur de sa présentation avec l'apport de la personne à l'origine du principe en la personne de Jean-Luc OHL : https://www.homecinema-fr.com/forum/acoustique-correction-active-et-logiciels-de-mesure/mmm-tuto-en-francais-1-t30087158.html

Passez au post TUTORIEL > EXEMPLE DE MESURES en bas de page, post du 10 Avr 2018 10:55

[syber]

J'ajouterai trois éléments au débat :

- Le mélange des sens. Nos sens interagissent entre eux. La vue, le toucher et l'ouïe fonctionnent de concert. Un ampli peint en rose et pesant 2 Kg comparé à un ampli peint en gris foncé métallisé et pesant 9 Kg ont toutes les chances de ne pas sonner pareil pour la majorité des auditeurs (même si les électroniques à l'intérieur sont identiques et que la différence de poids s'explique par un boitier fabriqué à partir d'IPN : https://www.cerveauetpsycho.fr/sd/perce ... s-7705.php

On attribue au philosophe grec Aristote la première classification des cinq sens : la vue, l'audition, le goût, l'odorat et le toucher. Au fil des années, les chercheurs en ont ajouté d'autres, par exemple le sens de l'équilibre, celui de la douleur, de la température, de la position des membres, ou encore la capacité à ressentir la faim et la soif. Depuis une vingtaine d'années, les études d'imagerie cérébrale ont contribué à segmenter les sens encore davantage, identifiant des circuits neuronaux pour traiter les chiffres et les lettres, les formes et les visages. Mais ce vieux modèle de la perception est en train de changer.

Selon le psychologue Ladan Shams, qui étudie la perception multisensorielle à l'Université de Californie à Los Angeles, nous ne pouvons plus continuer à considérer le cerveau comme un ensemble de compartiments spécialisés qui n'interagissent pas. Les neuroscientifiques découvrent que nos systèmes sensoriels sont beaucoup plus interconnectés et étendus dans le cerveau qu'on ne l'a longtemps cru. La vue n'est pas seulement une question de vision. L'audition ne se résume pas à entendre. Même dans des circonstances ordinaires, nos sens s'informent, se compensent, s'influencent, en un mot interagissent.

- Surtout si ils ne connaissent pas Fletcher et Munson et n'ont pas aligné leurs niveaux de sortie : https://fr.wikipedia.org/wiki/Courbe_isosonique

- L'imagination et la culture (apprentissage de chacun). Mais là on risque les débats oiseux, les raisonnements spécieux et les jugements de valeur. Donc, je ne m'y aventurerai pas.

[thierry38d]

Aussi tenir compte de l'effet de Haas (precedent effect).

Master Handbook of acoustics (page 81)

[Igor Kirkwood]

J'ajouterai trois éléments au débat :

J'en ajouterais un quatrième .
C'est l'écoute yeux ouverts ou yeux fermés.
Ne connais pas les études sur cette question
Mais ce qui est sur c'est que cette pratique ne grève pas le budget pour une chaine Haute Fidélité

[indien29]

Merci Thierry, sympa et très visuel ce graph

Je parlais à la fin premier paragraphe de la zone des 10 / 20 premières mS
Cette zone est considérée par les spécialistes comme la zone de l'effet de Haas en acoustique des salles (effet de précédence, loi du premier front d'onde) comme se situant entre 10 et 20mS, c'est une zone en dehors de l'effet de fusion, ces réflexions tardives ne modifient donc plus le timbre.
Les acousticiens travaillent sur cette zone pour modifier le timbre et la localisation des sources (choix du traitement, choix des directivités d'enceintes ) cette zone participe à l'effet d'immersion.

Le son Multicanal page 68.

[indien29]

Je te rejoins Syber, la psychoacoustique ne se limite pas à la seule diffusion sonore abordée en début de post, c'est un univers vaste avec sans doute différentes spécialités en fonction des domaines, dont celui que tu connais bien, le biais cognitif assimilable à un effet placébo et qui corresponds à des illusions sonores, le cas fréquent de l'ampli couleur or à 40 k€ qui sonne mieux que le rose à 1k€, ou des câbles dont on entends des différences alors qu'elles sont à peine mesurable.

Il y a aussi les limites d'audition en fréquence que tu cites (Itofa et Fraktur en parlait sur le post de l'ASR) ou encore des limites de bruit de fond d'appareil ou les meilleurs affichent plus de 100dB de Sinad alors que le seuil audible dans son salon plafonne autour de 75dB.

Pour moi, l'un des sujets principaux de ce qui fait les différences à l'écoute, se joue sur le petit graphique ci-dessus (ici par Patrick Thévenot) que l'on retrouve dans pas mal de livres, aux côtés de la capacité de l'enceinte à reproduire les basses fréquences sans disto en association à la réponse modale de la pièce et évidement des qualités de réponse de l'enceinte (réponse / directivité)

L'acoustique de la pièce dans le grave, c'est vraiment un souci, j'écoutais hier un petit système que j'ai monté en extérieur, la frappe, l'impact des attaques est incomparable avec une écoute dans un salon, tout comme l'intégrité (pour ne pas dire la virginité ) de la phase qui reste intacte même à grande distance.

[mariofan de triangle]

à ne pas oublier aussi la position d'écoute, tu ne perçois pas la même chose que tu sois debout ou assis... et même assis selon le fauteuil la perception peut être changée
vaste sujet

[indien29]

c’est ça
en fait dès que tu te déplaces dans la pièce, le son change.
Mais il faut être au centre des 2 enceintes pour percevoir l’image fantome des sons monophoniques qui sont sur le disque, il y a d’ailleurs quelques références en terme de morceaux ou la perception du centre est très forte, chacun a son morceau préféré pour ce test.

Au point d’écoute, donc assis, tu devrais pouvoir te lever sans gros detimbrage, si ça détimbre c’est que tu as un tweeter très directif, comme un grand ruban vertical, ou encore, un tweeter à pavillon trop directif, en général il faut essayer de trouver une enceinte avec un petit tweeter pas trop directif si elle est en radiation directe.

Les enceintes à pavillon large bande et moteur de compression, c’est un autre sujet puisque le profil du pavillon contrôle la directivité en fonction de la loi d’expansion choisie

[corintin]

J'ajouterai trois éléments au débat :

- Le mélange des sens. Nos sens interagissent entre eux. La vue, le toucher et l'ouïe fonctionnent de concert..

bonne remarque.. ce qui me surprend souvent dans la filière "Les pétoires de l'extrême", c'est que les conditions visuelles sont très loin d'une salle de concert ouverte et grande ou le regard a des espaces !! au contraire, ce sont souvent de trop petites pièces ET surtout sans aucun dégagement visuel.. typiquement un mur aveugle entre les enceintes ! on est donc loin du concert ou notre regard peut se perdre dans la salle, dans l'orchestre ou n'importe ou !


exemple N°1 d'un espace fermé.. le contraire de la salle de concert


exemple N°2 d'un espace ouvert au delà des enceintes, cela respire !



alors chez vous avec votre salle d'écoute super optimisée acoustiquement...
offrez vous, en plus, à votre regard l'illusion de l'espace ??
à mon avis la "perception des sons par notre cerveau" ne suffit pas sans la vue !!

[drew]

- Le mode de fonctionnement du cerveau, ses capacités à percevoir ce qui constitue le son, qui corresponds à une vibration des molécules dans l'air, créée par le déplacement de la membrane d'un haut parleur, donc de la perception d'une onde sonore qui comme toutes ondes, se définie par son ampli­tude, sa période, sa longueur d’onde, sa phase et sa fréquence.

Heu il faudrait être un poil plus précis là.

Pour "la vibration des molécules" qui vont conduire l'onde, on dépend de la densité de ces molécules dans l'air, donc de la pression atmosphérique, plus la pression est basse, moins il y a de molécules, donc le volume en consigne devra être supérieur pour rester à iso db au point d'écoute.
Pour être simple, dans le vide, cette pression est proche de zéro donc le son ne se propage pas.

J'ai souvent surpris des personnes critiquer leur ensemble audio après avoir fait des écoutes le matin pluvieux et l'après midi ensoleillé....

[indien29]

La pression atmosphérique peut changer, ce n'est pas important, ce qui compte c'est la variation de pression générée par le mouvement du HP, elle sera toujours égale à la pression générée, sans importance du nombre d'hectopascal du jour (soit cycle plus ou moins dépressionnaire ou anticyclonique)

Le cycle dépressionnaire pour un hifihiste, c'est plutôt quand ça femme fait le ménage avec l'aspirateur pendant une écoute, car la dynamique en prends un coup, le bruit de fond de la salle grimpe en flèche et la dépression peut être autre que celle de l'air dans le tuyau d'aspirateur,
Ca peut etre aussi une forme de dépression de la femme qui par ce moyen détourné veut attirer sur elle l'attention avec cette arme stratégique anti écoute... Ca n'est plus de la psychoacoustique, mais de la psychologie de couple, le remède peut etre la salle dédié, quoi qu'il faut aussi y faire de temps en temps le ménage...

Le taux d'hygrométrie lui aura une incidence, car il joue sur la célérité (la vitesse du son dans l'air) elle sera sensiblement plus faible si c'est humide (normalement le son se déplace dans l'air à 344m/s avec 20° et temps sec), mais il peut jouer aussi sur les nerfs s'il est trop élevé, de toute façon, dépression et fort taux d'hygrométrie sont intimement liés, souvent il pleut quand c'est la tempête, on se retrouve enfermé l'un et l'autre à la maison, l'un écoute de la musique, l'autre fait le ménage...