Etudes acoustiques et vibratoires dans le domaine du bâtiment
DOT Acoustics : Recherche et Développement
Le département Recherche et Développement de DOT Acoustics développe ses activités selon différentes orientations :
- Élaboration de critères acoustiques destinés aux salles dédiées à la communication parlée ;
- Développement d’outils matériels et logiciels pour la mesure et la modélisation en acoustique des salles ;
- Étude de nouveaux matériaux, assemblages et procédés de montage, destinés au traitement acoustique intérieur des salles ;
- Mise en place d’une nouvelle méthodologie de mesure en laboratoire des caractéristiques de réflexion acoustique des matériaux ;
- Recherche sur le thème de l’intelligibilité de la parole dans le processus d’apprentissage.
Depuis 1998, nous participons activement à des projets de design acoustique destinés à optimiser l’intelligibilité de la parole dans les salles. Nous travaillons sur différents types de salles : salles de classe, amphithéâtres et salles de cours des universités, salles de conférence et de réunion, halls d’hôtels de ville, lieux de culte, salles de vidéo conférence et de « distant learning » pour les configurations de communication en temps réel. L’objectif principal de ces études est de créer des environnements acoustiques confortables permettant d’optimiser les périodes de concentration en situation de cours. Dans les salles d’assez petites dimensions (surface inférieure à 120 m²), un traitement passif seul apporte généralement d’excellents résultats pour le renforcement du signal de parole, alors que dans les salles de dimensions plus importantes (surface supérieure à 120 m²), plusieurs types de solutions pour l’amplification de la voix peuvent être adaptés en complément des traitements passifs.
Au cours de notre travail en collaboration avec le groupe CAAPS au CNRS (Cellule Acoustique et Audition de Paris-Sud, Orsay) – Groupe Acoustique des salles de classe (2002-2005), notre mission a consisté à optimiser l’acoustique des salles destinées à la communication spécifiquement pour des auditeurs malentendants (légers à profonds). Au cours de ce travail, nous avons organisé des évaluations subjectives des différents traitements par des auditeurs malentendants. La CAAPS était dirigée par Monsieur Paul-Marie Guyon, assisté de Madame Béatrice Brémont, qui se sont beaucoup investis pour communiquer l’importance d’un environnement acoustique adapté pour les personnes malentendantes dans les lieux publics.
Actuellement, nos activités de recherche sont axées sur les thèmes suivants :
Ce sujet implique la prise en considération de deux questions : comment établir un critère acoustique qui soit représentatif quantitativement et qualitativement de l’adaptation de l’environnement acoustique à des activités d’enseignement, et comment mesurer ce critère dans les salles ?
Nous avons découvert que l’un des facteurs importants à prendre en compte dans ce challenge est le fait que l’attention, et par conséquent la concentration des enfants ou étudiants, diminue en fonction du temps à cause de la fatigue causée par la difficulté à comprendre le professeur dans un environnement bruyant. En effet, le processus d’apprentissage requiert l’acheminement simultané de multiples flux mentaux avec en particulier un effort spécifique lié aux mécanismes cognitifs qui doit être partagé avec l’effort lié à l’écoute dans environnement acoustique défavorable.
Les résultats de nos études ont montré que le renforcement d’un rapport Signal/Bruit basé, à chaque position d’écoute et sur chaque bande spectrale, sur :
- pour la partie signal : le niveau du signal de parole estimé à la position des oreilles de l’auditeur (niveau direct + niveau des réflexions précoces jusqu’à un délai de 50 ms après le signal direct) ;
- pour la partie bruit : le niveau de bruit moyen estimé à la position des oreilles de l’auditeur, en configuration de salle occupée, comprenant le niveau de bruit réverbéré
était à l’origine d’une amélioration réelle et significative du confort d’écoute et de la concentration des élèves en situation de cours.
Le développement du système de mesure associé est présenté dans le chapitre suivant.
L’optimisation acoustique des salles d’enseignement représente le thème central de nos recherches depuis 2003. Sur la base de ces résultats, nos avons pu développer et installer des traitements dans différents établissements scolaires, universités et lieux publics, pour des auditeurs normo-entendants comme malentendants.
Plusieurs articles présentant les points clés de nos études sur ce thème sont disponibles ci-dessous.
Depuis de nombreuses années, le besoin d’un système de mesure acoustique adapté, simple et rapide, dédié aux salles d’enseignement a été largement exprimé. La plupart des recommandations internationales sur l’acoustique des salles de classe se basent sur les seuls paramètres que sont le temps de réverbération et le niveau de bruit en salle vide. Par conséquent, l’intérêt de mesurer d’autres caractéristiques acoustiques complémentaires, pourtant beaucoup plus porteuses d’informations, n’est pas toujours compris. Les conclusions de nos recherches convergent avec celles des auteurs scientifiques les plus renommés dans cette spécialité : le temps de réverbération est trop réducteur pour caractériser suffisamment précisément l’environnement acoustique d’une salle d’enseignement, par ailleurs les niveaux de bruit mesurés dans une salle vide ne sont absolument pas représentatifs des niveaux de bruit en salle occupée, en situation de cours. Le seul indice largement reconnu comme étant approprié dans ce domaine est le rapport Signal/Bruit (S/B) ou speech to noise ratio (S/N), qui prend en compte les limitations de la compréhension de la parole dans le bruit, à la condition qu’il intègre une évaluation précise du niveau de parole et du niveau de bruit en situation de cours, à la position exacte de l’auditeur en question. Les nombreuses études menées sur ce sujet ont conduit à un consensus général présentant une valeur de S/N de 10 dB comme étant une valeur minimale dans une salle occupée, au niveau des positions les plus éloignées du professeur, pour obtenir de bonnes performances en terme d’intelligibilité de la parole.
Nous sommes en cours de développement d’un système basé sur ces paramètres, qui permettra à une seule personne de mesurer entièrement une salle de classe en une heure. Le logiciel associé permettra de présenter les résultats mesurés et modélisés sur une base « seat by seat » des paramètres suivants : niveaux de bruit techniques et intrusifs, niveaux de bruit en salle occupée, niveaux de bruit réverbérés, niveaux de parole direct et réfléchi (réflexions précoces) selon plusieurs postions de la source.
Plusieurs articles sont disponibles ci-dessous, présentant certains critères, de notre point de vue essentiels pour les mesures acoustiques dans les salles d’enseignement.
Nous travaillons actuellement en collaboration avec l’ASTM (American Society for Testing and Material), organisme de normalisation qui rédige et produit des normes techniques concernant les matériaux, les produits, les systèmes et les services. Cette collaboration a pour objectif la création d’un workgroup destiné à établir un nouveau procédé de mesure des caractéristiques de réflexion acoustique des matériaux.
De notre point de vue, la prise en compte de la caractéristique de réflexion acoustique des matériaux, en complément du coefficient d’absorption, pourrait être très utile dans le cadre du contrôle des champs sonores dans une salle. La prise en compte de la réflexion peut jouer un rôle important notamment pour le contrôle du bruit, le renforcement du signal de parole ou l’optimisation des critères de clarté et d’enveloppement pour la restitution de la musique. Il est largement reconnu que les réflexions de premier et de second ordre ont une influence extrêmement importante sur notre perception du son dans une salle. Toutefois, un protocole de mesure en laboratoire et l’élaboration d’un critère pour la classification de la réflexion des différents matériaux utilisés pour la construction et les aménagements intérieurs doivent encore être acceptés par les décideurs de l’architecture et du bâtiment.
« Une méthodologie de mesure en laboratoire pour la classification de la réflexion » s’exprime par la caractérisation du champ réfléchi en terme de répartition spectrale, d’amplitude et de phase, en fonction de plusieurs paramètres tels que l’angle d’incidence ou les distances respectives entre le matériau et la source et le point de réception. Toute paroi murale, qu’elle soit de type poreux, solide, perforé, revêtu, continu, discontinu ou multi couches, est caractérisée par une impédance et une admittance spécifiques, des coefficients d’absorption, de réflexion et de transmission et par des modes de résonance. Parmi ces caractéristiques, la réflexion, complémentaire à l’absorption, joue un rôle dominant dans le champ réfléchi résultant de l’interaction entre l’onde incidente et la paroi, dans les salles de petites à moyennes dimensions. La connaissance des caractéristiques de réflexion comme d’absorption des matériaux pourrait être très avantageuse aux ingénieurs d’étude en acoustique architecturale, dans leur démarche de modélisation des champs acoustiques dans les salles.
Nous sommes activement impliqués dans le développement de ce procédé, et publierons un article sur ce sujet fin 2010.
Depuis de nombreuses années, nous étudions, testons et développons des matériaux, stratégies et procédés de montage destinés à répondre à des problématiques spécifiques rencontrées dans les différents projets que nous traitons. Les matières utilisées sont communes ou recyclées, pour en citer quelques-unes : feutres absorbants fabriqués à partir de fibre de coton recyclé, gravier recyclé utilisé pour des stratégies d’isolation phonique et de réduction des résonances, traitements de surface pour le renforcement des réflexions de la parole, réduction des chocs et impacts à l’aide de l’amortissement critique.
Plusieurs articles décrivant certains des matériaux et produits développés par nos ingénieurs sont disponibles ci-dessous.
Les élèves et étudiants en situation de cours exécutent de très nombreuses tâches mentales simultanément. Pour ne citer que quelques-unes :
- l’écoute ;
- la compréhension du message ;
- la réflexion ;
- la compréhension d’un nouveau concept ;
- la préparation d’une question ;
- la mémorisation en mémoire à court, moyen et long terme.
Au cours des dix dernières années, nous avons orienté nos études sur les relations entre les processus cognitifs impliqués dans l’accès à la mémoire, les tâches multiples, l’écoute sélective et la perception binaurale de la parole dans le bruit.
L’article ci-dessous présente brièvement les différentes études menées sur les thèmes de la cognition, de l’écoute sélective, de la mémoire et des tâches multiples.
"Speech Comprehension while learning in classrooms" - September 2010
Au cours de notre participation au workgroup « IntelliCAAPS » du CNRS (2002-2005), nous avons mis en place un test d’intelligibilité de la parole sur la base de différentes variables telles que l’attention sélective et la mémoire à court terme. L’objectif était d’imposer des niveaux de complexité tels qu’une attention forcée et une mémorisation à court terme simultanément à l’exercice de compréhension de la parole en environnement bruyant. Ces tests ont montré que les résultats de compréhension diminuaient régulièrement en fonction du temps. La complexité de la tâche de compréhension de la parole dans une situation de cours cause de la fatigue qui s’accroît en fonction du temps. Par conséquent, il semble naturel d’en déduire que l’intelligibilité de la parole dans les salles de classe dépend du temps, et ne devrait pas être estimée sur une échelle statique. Les variables telles que le temps, la complexité de la tâche et la fatigue devraient donc être prises en compte dans tout test d’intelligibilité de la parole dans un environnement de salle d’enseignement.
Des articles présentant les points clés de ce travail seront en ligne prochainement.
L’un des thèmes de recherche les plus importants de DOT Acoustics est le développement d’outils matériels et logiciels pour l’acoustique, d’où son nom : Development of Optimization Tools for Acoustics – DOT Acoustics.
Dans le cadre de ce projet, nous avons développé un outil matériel et logiciel permettant de modéliser les salles d’enseignement et d’évaluer en configuration « seat by seat » les performances acoustiques de la salle en terme de communication parlée dans les situations normales de cours.
Liste de nos récentes publications:
- 2010 Communication 159th meeting of ASA, Baltimore (19 – 23 avril 2010)
“Characterization of classroom noise and noise control techniques and their effect on speech comprehension while learning”
PDF file
Sooch San Souci, Line Guerra, Richard H. Campbell
- 2008 Poster Session at Acoustic 08 – 155th meeting ASA, Paris (30 June – 4 July 2008)
“Comparisons of predicted and measured values of speech, noise, reverberation and early reflections in optimized classrooms“
PDF file
Sooch San Souci, Line Guerra, Richard H. Campbell
- 2006 AES Convention Paper – 120th Convention AES Paris (20-23 mai 2006)"Classroom acoustics: Current and future criteria for the assessment of acoustics for learning"
PDF file
Sooch San Souci, Line Guerra, Nicolas Teichner, Richard H. Campbell
- 2005 Contributing authors of the INSERM publication « La voix : ses troubles chez les enseignants » (The Voice and its Disorders in teachers)
Chapter "The voice and its disorders in teachers",
PDF file
« Apport des acousticiens face aux troubles de la voix des enseignants ».
PDF file
Published by l’Inserm in 2006 Sooch San Souci, Line Guerra
- 2003 Atelier CAAPS du 2 December 2003, presentation
"Classroom acoustics for normal and hearing impaired students", “Acoustique des salles de classe accueillant des élèves malentendants et normoentendants“ (in French) Sooch San Souci
Link
- 2003 Atelier CAAPS du 2 December 2003
“Acoustique des salles de classe : L’étude, les mesures, les normes“ (in French) Line Guerra
Link
- 2003 Atelier CAAPS du 2 December 2003
“Synthèse des normes et recommandations françaises et internationales relatives à l’acoustique des lieux d’enseignement“
Line Guerra
Link