Mode de la chambre

Raummode (du mode salle anglais , là du mode latin ; pluriel: Raummoden ) est un terme technique en acoustique . Il décrit les propriétés de debout ondes sonores avec une fréquence naturelle dans des locaux fermés, où l'effet sur l' impression d'audition des personnes en eux est particulièrement intérêt.

La pièce se décline entre deux murs durs. Il doit toujours y avoir une pression acoustique maximale sur les murs , ce qui peut être vu à partir des renflements de pression.

Un mode de pièce est une forme naturelle de l'air qui remplit la pièce pendant qu'il vibre à l'une des nombreuses fréquences naturelles. L'oscillation oscille entre deux états de déflexion opposés . Les modes de la pièce montrent où dans la pièce les nœuds de vibration et les antinœuds se développent à certaines fréquences naturelles.

Pour la période d'observation, l'onde ne voyage plus dans l'espace, mais a des maxima et des minima d' amplitude fixes . Les nœuds d'oscillation sont des points nuls de l'amplitude, i. H. il n'y a pas de déflexion au point où une bosse se produit. En pratique, cela signifie que z. B. pour les pièces à vivre avec chaînes hi-fi, l'impression auditive change avec la position de la personne dans la pièce. En fonction de l' acoustique de la pièce , certains modes de salon se développent dans la gamme des basses fréquences , en particulier avec des dimensions normales de salon , ce qui peut avoir un effet très perturbant. Les modes les plus développées sont d'une importance primordiale. Dans les pièces, il existe six degrés de liberté pour les vibrations naturelles , ce qui se traduit par une composition multidimensionnelle des fréquences naturelles possibles et de leurs formes d'onde.

En principe, le nombre de degrés de liberté maximum possibles est à nouveau réduit par les contraintes en vigueur . Si les harmoniques entières sont exclues, il y a une oscillation naturelle pour chaque degré de liberté. Les degrés de liberté pour les modes dans les espaces peuvent être limités à trois comme une bonne approximation pour les calculs.

Stimulation des modes propres

Alors que les petites pièces ont des fréquences naturelles extrêmement discrètes , dans les grandes pièces telles que les églises, tous les modes se chevauchent pour former un continuum - la réverbération se produit plus intensément . Dans les pièces, les modes de la pièce reflètent la façon dont le son d' une pièce est décoloré car certains tons sont particulièrement proéminents et ont une répartition inégale de l'énergie dans la pièce. Si des fréquences de résonance discrètes se produisent, elles sont plus visibles que si plusieurs résonances sont uniformément réparties dans le spectre .

Une certaine distribution de fréquence de résonance est une propriété physique de la pièce qui dépend de ses dimensions. Seules certaines fréquences sont excitées. L'augmentation du niveau et la durée du son jouent un rôle dans ces effets de résonance . L'amplitude d'un mode acoustique dépend de sa position dans l'espace. Le degré de coloration du son diffère donc d'un endroit à l'autre.

Une onde stationnaire. Aux extrémités (les limites de la pièce), un ventre de pression apparaît comme un maximum.

Fréquence de Schröder

Si vous connaissez le temps de réverbération d' une pièce (en secondes) et son volume (po ), la fréquence de Schröder ou la grande fréquence de la pièce peut être déterminée à l'aide de l' équation de valeur numérique suivante , qui est d'environ 300 Hz dans la plupart des pièces:${\ displaystyle T}$${\ displaystyle V}$${\ displaystyle \ mathrm {m ^ {3}}}$${\ displaystyle f _ {\ text {s}}}$

${\ displaystyle f _ {\ text {s}} = 2000 \, {\ sqrt {\ frac {\ text {T}} {\ text {V}}}} {\ text {Hz}} \ approx {\ frac {1} {\ pi}} {\ sqrt {\ frac {c_ {S} ^ {3} {T}} {V}}} = {\ frac {c_ {S}} {r_ {H} \ pi} }}$

Presque les mêmes résultats si l'on utilise la vitesse du son c _S ou le rayon de Hall r _H et divise le résultat par π.

En dessous de la fréquence de Schröder, les modes acoustiques de la pièce peuvent provoquer une décoloration perceptible du son. Étant donné que ceux-ci affectent particulièrement les tons graves , ils sont perçus comme un bourdonnement , un bourdonnement ou une basse d'une note . Au-dessus, cependant, ils ne provoquent aucune distorsion audible de la reproduction dans les pièces à vivre car les modes se confondent sous forme de réflexions denses et de réverbération.

calcul

Trois types de modes debout qui se produisent dans une pièce d'écoute cuboïde typique sont principalement calculés . Ce sont les modes axial (longitudinal), tangentiel et diagonal (également appelés modes obligé ou oblique). Les modes axiaux dominent clairement.

«Le mode spatial du premier ordre se produit à une fréquence dont la demi-longueur d'onde correspond à la distance entre les deux parois. [...] Les fréquences propres de l'espace unidimensionnel entouré par la paire de murs considérée sont calculées à partir de ${\ displaystyle f _ {\ text {n}}}$

${\ displaystyle f _ {\ text {n}} = {\ frac {c_ {0} \ cdot n} {2 \ cdot d}}}$

Il est

• ${\ displaystyle c_ {0}}$la vitesse du son ,
• ${\ displaystyle d}$ la distance entre les deux murs et
• ${\ displaystyle n}$ l'ordre du mode ambiant, qui correspond en même temps au nombre de minima de pression acoustique [...].

Les considérations faites sur deux murs parallèles peuvent être transférées dans des pièces cuboïdes tridimensionnelles. Outre les modes décrits comme axiaux, il existe également des modes entre deux paires de parois opposées dont les trajets se déplacent dans deux et trois dimensions de l'espace. Ceux-ci sont appelés modes tangentiels dans le cas bidimensionnel et modes obliques dans le cas tridimensionnel.

Le calcul de toutes les fréquences propres d' une pièce cuboïde peut être fait avec la formule décrite par John William Strutt, 3e baron Rayleigh en 1896 : ${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}}}$

${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}} = {\ frac {c_ {0}} {2}} {\ sqrt {\ left ({\ frac { n_ {\ text {x}}} {l _ {\ text {x}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {n _ {\ text {y}}} {l _ { \ text {y}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {n _ {\ text {z}}} {l _ {\ text {z}}}} \ right) ^ { 2}}} \,}$

Il est

• encore la vitesse du son,${\ displaystyle c_ {0}}$
• ${\ displaystyle l _ {\ text {x}}, l _ {\ text {y}}}$et sont les dimensions de la pièce, c'est-à-dire la longueur, la largeur et la hauteur, et${\ displaystyle l _ {\ text {z}}}$
• ${\ Displaystyle n _ {\ text {x}}, n _ {\ text {y}}}$et désignent les ordres des modes dans les directions respectives. [...]${\ displaystyle n _ {\ text {z}}}$

La distribution spatiale de la pression acoustique - vitesse du son - et donc le champ tridimensionnel d' impédances de champ sonore complexes est constitué de la superposition de tous les modes d'une pièce . Les modes de pièce sont des systèmes capables de résonance. "( Stefan Weinzierl )

Numéro atomique

Les fréquences et les modes naturels de vibration sont nommés en fonction de leur nombre ordinal, c'est-à-dire:

1. La première forme d'oscillation naturelle ou forme de base se produit dans le cas d'une oscillation avec la première fréquence propre, la fréquence de base .
2. La seconde forme d'oscillation naturelle oscille à la seconde fréquence naturelle.
3. etc.

Si la composition des fréquences propres est plus complexe, par exemple dans les pièces, le nombre ordinal est indiqué entre parenthèses avec plusieurs chiffres ou séparé par des virgules.

Minimiser l'impact

Une pièce aux murs durs présente des pics distinctifs à certaines fréquences de résonance de la pièce. Cela peut être modifié par des mesures d' absorption acoustique . En fonction de la quantité et de la position des matériaux absorbants dans une pièce, ces caractéristiques distinctives sont réduites. Il existe maintenant une variété de matériaux absorbants acoustiques qui conviennent pour atténuer préférentiellement certaines gammes de fréquences. Des panneaux de plafond micro-perforés, des feuilles spéciales avec perforations et des panneaux absorbants conventionnels peuvent être utilisés ou combinés pour optimiser l' acoustique de la pièce pour le domaine d'application respectif.

Des absorbeurs de résonance passifs et actifs sont également utilisés. S'il est possible de modifier la géométrie de la pièce lors de la phase de planification, vous pouvez obtenir des proportions favorables. En combinaison avec des indicateurs de réduction du bruit appropriés, l'acoustique de la pièce peut être encore optimisée pour le domaine d'application. Le type de construction murale a également un impact sur l'acoustique de la pièce; une construction légère signifie généralement qu'il y a moins besoin de mesures supplémentaires. Cependant, la moquette ou les rideaux épais modifient l'acoustique de la pièce en une zone qui ne doit pas nécessairement être atténuée. Ceux-ci n'ont presque aucune influence sur les modes de pièce profonde qui mènent au rugissement de la pièce.

Systèmes de son

Certains fournisseurs proposent des systèmes complexes de correction de pièce avec microphones de mesure depuis 1990 et utilisent les options de filtrage numérique actuelles pour mettre en œuvre la compensation nécessaire pour les modes de pièce. Compte tenu du coût élevé de ces systèmes, il existe une controverse sur la valeur relative de l'amélioration dans les pièces normales. Pour une utilisation optimale, l'opérateur doit avoir une connaissance de base des interrelations acoustiques et une vaste acquisition de données sur le site d'installation, qui doit être effectuée automatiquement lors de la phase de réglage de l'appareil. La compensation et l'égalisation via la réponse en fréquence du système sonore utilisé sont d'une utilité limitée, car les processus temporels ne sont pas influencés, tels que le temps de réverbération et les processus transitoires. L'égalisation ne s'adapte qu'à une certaine position d'écoute et, si elle n'est pas utilisée correctement, peut même aggraver d'autres positions d'écoute. Ni le haut-parleur ni le microphone de mesure ne peuvent être placés dans un nœud, car l'annulation acoustiquement induite d'une fréquence ne peut pas être compensée en augmentant l'amplification de la même fréquence. Une telle surcompensation entraînerait une saturation des haut-parleurs sans aucun avantage appréciable.

Les systèmes de correction de pièce enregistrent la réponse en fréquence de l'état réel à l'emplacement de mesure, l'utilisateur peut généralement sélectionner une courbe cible ou la concevoir lui-même, et le système de correction génère une courbe d'égalisation destinée à compenser la différence entre la courbe cible et la mesure. courbe. La conception de la courbe cible nécessite des connaissances et une attention aux conditions locales; une spécification de réponse en fréquence linéaire utilisée pour la simplicité serait une erreur typique du débutant. Même si un haut-parleur mesuré dans une pièce anéchoïque présentait toujours une réponse en fréquence linéaire, en utilisation pratique dans les pièces, en plus des résonances de la pièce, il faut s'attendre à des réflexions sur le sol, le plafond et les parois latérales qui arrivent avec un retard. La réponse en fréquence mesurée qui en résulte ne peut plus être linéaire car la fenêtre de temps pour la mesure doit être suffisamment grande pour ne pas exclure l'accumulation de résonances dans la pièce.

Un autre compromis consiste à supprimer les fréquences de résonance de pièce connues aussi complètement que possible en utilisant des filtres en peigne numériques ou des filtres coupe-bande lors de l'éclairage de la pièce. Une autre possibilité est d'augmenter le nombre de woofers et de canaux d'amplification et de les contrôler en opposition de phase aux fréquences de résonance affectées au moyen d'un traitement numérique complexe et en tenant compte des temps de propagation du signal à travers la pièce et ainsi d'annuler partiellement les réflexions, moyennant quoi l'emplacement des haut-parleurs dans la pièce est d'une importance particulière. Cela améliore partiellement la reproduction dans les grandes pièces et néglige les modes de la pièce en alignement tangentiel et diagonal.

Voir également

• Vibration normale
• Impédance de shunt

Littérature

• J. Krüger, M. Leitner, P. Leistner: Instruments PC pour mesurer et tester les paramètres acoustiques . Dans: communication IBP . enregistrer 331 , no. 25 , 1998 ( fraunhofer.de [PDF]). 
• HV Fuchs, C. Häusler, X. Zha: Petits trous, gros impact. In: acoustique des cloisons sèches. 14, n ° 8, 1997, pp. 34-37.
• HV Fuchs, M. Möser: Absorbeurs de bruit. In: Gerhard Müller: Livre de poche sur l'acoustique technique. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , p. 247 ( aperçu limité dans la recherche de livres Google).
• H. Kuttruff, E. Mommertz: Acoustique des salles . In: Gerhard Müller: Livre de poche d'acoustique technique. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , p. 331 ( aperçu limité dans la recherche de livres Google).

liens web

• Calculateur de modes propres spatiaux. Pour les pièces rectangulaires, ce calculateur détermine les modes propres des pièces avec les 20 fréquences naturelles les plus basses et les affiche par ordre croissant.
• Calcul des trois modes de pièce des pièces rectangulaires (calcul des ondes stationnaires)
• Calculateur de mode de pièce complet (vue 3D de la distribution de pression de chaque mode, lecture audio, diagramme de Bonello, zone de boulon, fréquence de Schröder en fonction du temps de réverbération, etc.)
• La différence entre les modes comme la répartition de la pression acoustique dans les pièces et les modes de vibrations des cordes
• Procédure d'analyse de l'acoustique des locaux - Instructions pratiques pour la détermination de l'acoustique des locaux
• Simulation de l'excitation de petites pièces à basses fréquences, IBP, Fraunhofer Institute Building Physics ( Mémento du 11 août 2011 dans les archives Internet )

Preuve individuelle

1. ^ Thomas Görne: Ingénierie du son. 2008, ISBN 3-446-41591-2 , p. 72 ( aperçu limité dans la recherche de livres Google).
2. ^ Stefan Weinzierl: Manuel de la technologie audio. 2008, ISBN 3-540-34300-8 , pp. 284-285 ( aperçu limité dans la recherche de livres Google).
3. ↑ Acoustique des salles , direction de recherche: "Cassettes métalliques micro-perforées comme faux plafond". ( Mémento du 21 octobre 2012 dans les archives Internet ) Institut Fraunhofer de physique du bâtiment:
4. ↑ Dimensions de la pièce adaptées. Récupéré le 27 mars 2020 .