En acoustique technique, le bruit blanc et le bruit rose jouent un rôle très important. On les utilise comme signaux d’excitation contrôlés lors des essais. Leur spectre de fréquences est déterminant : il garantit une répartition uniforme de l’énergie dans une bande de fréquences donnée.
Le bruit est utile pour les mesurages acoustiques des salles, des haut-parleurs et des parois de bâtiment, en particulier lorsque le son enregistré résulte de l’interaction entre la source sonore et le système étudié. Connaissant les caractéristiques de la source, on peut déterminer avec précision comment le système étudié modifie la répartition de l’énergie acoustique.
Lors des essais acoustiques, lorsque le signal d’essai est connu, on peut évaluer dans quelle mesure certaines fréquences sont atténuées ou amplifiées par une salle donnée. De plus, comme le bruit couvre toute la bande de fréquences, une seule émission du signal d’essai permet d’étudier toutes les fréquences.
Les signaux d’essai les plus courants sont le bruit blanc, le bruit rose, le signal sinusoïdal, le balayage sinusoïdal (sweep) et la séquence MLS. En acoustique technique, on utilise différents signaux d’essai selon l’objectif du mesurage. Le choix de l’excitation dépend de ce que l’on étudie : la réponse en fréquence, la réponse impulsionnelle, l’isolation acoustique ou encore d’autres paramètres.
Le signal sinusoïdal est un signal à une seule fréquence. Il est bien adapté à la détermination de la distorsion harmonique et des déphasages entre deux systèmes.
Le sweep est un signal sinusoïdal à fréquence variable, utilisé pour mesurer la réponse impulsionnelle des salles ainsi que la réponse des haut-parleurs et des chaînes audio.
La séquence MLS (de l’anglais maximum length sequence) est une séquence pseudo-aléatoire proche du bruit blanc. Contrairement au bruit blanc, la MLS se répète à l’identique, ce qui constitue un atout majeur lorsqu’il faut assurer la synchronisation et faciliter le moyennage des résultats.
Le bruit blanc est un type particulier de signal dans lequel chaque intervalle de fréquences de même largeur contient la même puissance de signal. C’est un bruit aléatoire à densité spectrale de puissance constante.
Un bruit blanc idéal a la même puissance moyenne entre 100 et 200 Hz que, par exemple, entre 1000 et 1100 Hz. Chacun de ces intervalles a une largeur de 100 Hz, la puissance moyenne est donc elle aussi identique. Le signal temporel du bruit blanc est irrégulier, mais ses valeurs moyennes théoriques sont définies avec précision.
Le bruit rose est un signal aléatoire dont la densité spectrale de puissance diminue de manière inversement proportionnelle à la fréquence. Plus la fréquence augmente, plus la puissance contenue dans chaque intervalle de largeur constante est faible.
Ce qui caractérise avant tout ce bruit, c’est que chaque bande d’octave contient la même puissance. Ainsi, les octaves 125–250 Hz et 1000–2000 Hz ont la même puissance moyenne.
Le bruit rose est tout indiqué pour l’analyse en bandes d’octave et de tiers d’octave, car son spectre dans ces bandes est plat. Pour des intervalles de fréquences de même largeur, le bruit rose présente une part plus importante des basses fréquences que des hautes fréquences ; dans le bruit blanc, cette part est identique.
Le bruit rose est particulièrement utile pour les mesurages acoustiques fondés sur l’analyse en bandes d’octave et de tiers d’octave. Si la source sonore génère un bruit rose et que le système étudié a une réponse en fréquence plate, on devrait obtenir en sortie des niveaux similaires dans les bandes d’octave successives.
Si le spectre en sortie n’est pas plat, il reflète la réponse en fréquence du système étudié (après prise en compte de la réponse de la source et de la chaîne de mesure). Lorsque l’on connaît le signal d’entrée et que l’on mesure le signal de sortie, on peut déterminer la réponse en fréquence du système.
Il faut garder à l’esprit que ces niveaux ne sont égaux d’une bande à l’autre qu’avec une pondération fréquentielle plate. Avec la pondération fréquentielle A, couramment utilisée, les bandes n’ont pas des niveaux égaux. De plus, le bruit généré n’est pas idéal : le haut-parleur et les autres éléments de la chaîne influent sur le signal.
Contrairement au bruit rose, lors des mesurages, le bruit blanc présente des niveaux qui augmentent d’une octave à l’autre, car la largeur de bande augmente.
Le bruit est un choix naturel pour le mesurage de la durée de réverbération en acoustique des salles. Lors du mesurage de la durée de réverbération par la méthode du bruit interrompu, on injecte dans la salle une énergie acoustique suffisante, puis, après l’arrêt de la source, on enregistre le temps de décroissance du niveau de pression acoustique. La vitesse de cette décroissance détermine la durée de réverbération dans les bandes de fréquences considérées.
Le bruit rose est utile ici, car son énergie est répartie uniformément sur les octaves successives ; il est ainsi possible d’obtenir des niveaux suffisants dans de nombreuses bandes en même temps. En raison du caractère aléatoire de l’excitation, on répète cette procédure à de nombreuses reprises et on effectue une analyse statistique des résultats.
La méthode du bruit interrompu est l’une des deux méthodes définies dans l’ISO 3382-2 « Acoustique – Mesurage des paramètres acoustiques des salles – Partie 2 : Durée de réverbération des salles ordinaires ».
Le bruit est également utilisé pour le mesurage de l’isolation acoustique. L’isolation acoustique des parois dépend fortement de la fréquence. Un mur ou une porte peut atténuer les sons plus efficacement dans une bande de fréquences et moins dans une autre.
Pour évaluer l’efficacité sur toute la bande, on excite le local d’émission avec un signal de bruit approprié, puis on mesure les niveaux de pression acoustique dans les deux locaux. On utilise un bruit blanc ou rose, et lorsque, dans le local de réception, le rapport signal/bruit est trop faible aux hautes fréquences, le spectre du signal peut être mis en forme en conséquence. La différence de niveau entre le signal dans le local d’émission et le signal dans le local de réception caractérise l’efficacité avec laquelle la paroi séparant les deux locaux atténue le son.
La méthodologie est décrite en détail dans la série ISO 16283 « Acoustique – Mesurage in situ de l’isolation acoustique des bâtiments et des éléments de construction » pour les mesurages in situ et, pour les mesurages en laboratoire, dans la série ISO 10140 « Acoustique – Mesurage en laboratoire de l’isolation acoustique des éléments de construction ». Pour les mesurages en laboratoire, la partie 5 de la série ISO 10140 (ISO 10140-5) recommande l’utilisation du bruit blanc. Les indices à valeur unique de l’isolation acoustique sont déterminés selon des procédures différentes d’une norme à l’autre. L’ISO 717-1 donne Rw (laboratoire) et R’w ou DnT,w (in situ), tandis qu’aux États-Unis l’ASTM E413 donne STC (laboratoire) et NIC ou ASTC (in situ) ; chaque résultat est exprimé selon l’indice de la norme utilisée pour l’essai et n’est pas converti.
Les signaux de bruit sont également utilisés pour les essais des haut-parleurs et des systèmes électroacoustiques. Le bruit est un moyen efficace de mesurer la réponse en fréquence. Pour interpréter correctement la réponse du haut-parleur lui-même, il faut limiter ou prendre en compte les autres influences sur les résultats du mesurage. Le bruit sert aussi aux essais d’endurance des haut-parleurs.
Le bruit blanc sert également de bruit de fond contrôlé. En introduisant ce bruit dans le système, on peut évaluer la réaction d’un appareil ou d’un algorithme à une perturbation acoustique. C’est l’une des méthodes d’essai des systèmes de reconnaissance vocale, des dispositifs de réduction de bruit et des systèmes de communication.
Pour les essais d’intelligibilité de la parole, on utilise un signal spécifique fondé sur des composantes de bruit. Un bruit non modulé ne suffit pas pour ces essais, car la parole naturelle contient des modulations d’amplitude dans le temps.
Pour mesurer l’indice de transmission de la parole (STI, Speech Transmission Index), on utilise des porteuses de bruit au spectre convenablement mis en forme et aux modulations d’amplitude connues. Le signal de base peut être créé à partir d’un bruit rose, que l’on divise ensuite en bandes d’octave et que l’on met en forme pour qu’il corresponde au spectre de la parole. On applique à ces bandes des modulations d’amplitude, et l’appareil de mesure analyse comment ces modulations sont conservées après passage dans le canal de transmission de la parole étudié.
Grâce au spectre mis en forme et aux modulations, le signal d’essai reproduit à la fois le spectre et les variations d’enveloppe de la parole naturelle. Il est donc bien adapté aux mesurages de l’intelligibilité de la parole. Les systèmes d’alarme vocale et de communication d’urgence sont une application typique du mesurage du STI selon l’IEC 60268-16.
Les normes d’essais acoustiques pour les mesurages avec signaux de bruit portent des désignations internationales, européennes et nationales. L’ISO et l’IEC publient les méthodes internationales, et les normes européennes (EN ISO, EN IEC) les reprennent à l’identique. Le BSI et le DIN publient ces normes européennes au Royaume-Uni et en Allemagne avec les préfixes BS EN et DIN EN. Les États-Unis utilisent leurs propres méthodes ASTM pour l’isolation acoustique et reprennent les spécifications IEC des sonomètres et des filtres sous forme de normes ANSI/ASA. Le tableau indique, pour chaque mesurage, la norme internationale ainsi que sa publication nationale ou son équivalent dans chaque région.
| Mesurage | International et Europe | États-Unis | Royaume-Uni | Allemagne |
|---|---|---|---|---|
| Durée de réverbération des salles ordinaires | ISO 3382-2 (méthode du bruit interrompu ou méthode de la réponse impulsionnelle intégrée) | Pas d’équivalent aux États-Unis ; l’ANSI/ASA S12.60 (écoles) renvoie à l’ISO 3382-2 comme guide pour les vérifications in situ | BS EN ISO 3382-2 | DIN EN ISO 3382-2 |
| Isolation des bruits aériens, in situ | ISO 16283-1 (bruit blanc ou rose recommandé) ; évaluation : ISO 717-1 (R’w, DnT,w) | ASTM E336 (méthode in situ) ; évaluation : ASTM E413 (NIC, ASTC) | BS EN ISO 16283-1 ; évaluation : BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 16283-1 ; évaluation : DIN EN ISO 717-1 |
| Isolation des bruits aériens, en laboratoire | ISO 10140-2 (méthode) et ISO 10140-5 (installations et signal d’essai ; bruit blanc recommandé) ; évaluation : ISO 717-1 (Rw) | ASTM E90 (méthode en laboratoire) ; évaluation : ASTM E413 (STC) | BS EN ISO 10140-2 et BS EN ISO 10140-5 ; évaluation : BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 10140-2 et DIN EN ISO 10140-5 ; évaluation : DIN EN ISO 717-1 |
| Intelligibilité de la parole (STI, STIPA) | IEC 60268-16 | IEC 60268-16 | BS EN IEC 60268-16 | DIN EN IEC 60268-16 |
| Sonomètre de classe 1 et filtres d’octave | IEC 61672-1 et IEC 61260-1 | ANSI/ASA S1.4/Part 1 et ANSI/ASA S1.11/Part 1 (reprises à l’identique de l’IEC 61672-1 et de l’IEC 61260-1) | BS EN 61672-1 et BS EN 61260-1 | DIN EN 61672-1 et DIN EN 61260-1 |
Abréviations : Rw — indice d’affaiblissement acoustique pondéré ; R’w — indice d’affaiblissement acoustique apparent pondéré ; DnT,w — isolement acoustique standardisé pondéré ; STC — Sound Transmission Class ; NIC — Noise Isolation Class ; ASTC — Apparent Sound Transmission Class.
Le SVAN 979 est un sonomètre de classe 1 et analyseur de vibrations doté d’un générateur de signaux intégré. Le générateur produit du bruit rose, du bruit blanc et un signal sinusoïdal.
Le générateur est couplé à la fonction de mesure de la durée de réverbération RT60 : dans la méthode du bruit interrompu, l’appareil délivre le bruit rose qui alimente la source sonore, puis, après l’arrêt du signal, il enregistre la décroissance du niveau dans les bandes de tiers d’octave. Le SVAN 979 mesure aussi la durée de réverbération par la méthode impulsionnelle. L’application BA Assistant guide l’utilisateur pas à pas dans le mesurage de l’isolation acoustique.
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