Comprendre le son et le décibel
Dans toute discussion sur la compréhension du son, l'unité de décibels deviendra inévitablement partie de la conversation. Contrairement à presque toutes les autres unités de mesure, le décibel n'est pas une échelle linéaire. C'est-à-dire que 1 décibel (aussi écrit dB) n'est pas un dixième de l'amplitude ou de la force de 10 dB. Dans cet article, nous expliquerons comment fonctionne l'échelle des décibels et présenterons des informations de référence pour vous aider à comprendre comment fonctionne l'échelle des décibels.
Qu'est-ce que le son ?
Le son est une vibration des molécules d'air qui fait vibrer nos tympans. Le tympan transmet ces vibrations à l'oreille moyenne via de minuscules os appelés osselets. L'oreille interne a une forme similaire à celle d'une coquille d'escargot et contient des cellules ciliées microscopiques qui convertissent ces vibrations en infimes signaux électriques. Ces signaux sont transmis au nerf auditif et ensuite à notre cerveau. Chaque oreille interne contient environ 18 000 cellules ciliées, toutes tenues sur la tête d'une épingle. Une fois une cellule ciliée endommagée, elle ne repousse jamais et ne se répare pas.
Comprendre le décibel
L'unité décibel a été créée dans les années 1920 par les Laboratoires Bell Telephone pour décrire les pertes dans les câbles de communication utilisés dans les premiers systèmes téléphoniques. L'unité originale était MSC (Miles of Standard Cable) et correspondait à la perte de signal dans 1 mile de câble à une fréquence de 795,8 Hz équivalente à l'atténuation la plus faible perceptible par l'auditeur moyen.
Le décibel et la mesure du niveau sonore
Lorsqu'on discute des niveaux sonores, le format approprié est d'utiliser l'unité dB SPL, dB(SPL) ou dBSPL. La référence pour toute affirmation est la pression sonore comparée à 0 dB. 0 dB est défini comme le son perçu d'un moustique à une distance de 3 mètres (10 pieds) de l'auditeur.
Puisque dB SPL exprime un ratio, les sons peuvent être plus calmes que 0 dB. Imaginez que vous êtes dans l'espace où le son créé par ce moustique original a été mesuré. Si nous enlevons le moustique, l'espace sera plus calme. De combien plus calme dépend d'autres sources de bruit. Le bruit électrique créé par l'éclairage et le bruit causé par les systèmes de chauffage et de climatisation contribuent tous. Si nous éliminons autant de bruits que possible, la pièce deviendra de plus en plus calme.
Selon le Guinness World Records, l'endroit le plus calme du monde en 2012 était une chambre anéchoïque aux laboratoires Orfield à Minneapolis. Le niveau sonore dans cette pièce a été mesuré à -13 dBA. En octobre 2015, une équipe d'ingénieurs au siège de Microsoft à Redmond, Washington, a battu ce record avec des mesures dans la chambre anéchoïque du bâtiment 87. Une équipe de spécialistes indépendants a mesuré un niveau de bruit de -20,35 dBA. La pièce est non seulement complètement isolée de toutes les sources de bruit et de vibration, mais les murs sont tapissés de grands coins en mousse acoustique conçus pour absorber le son.
À l'extrémité opposée du spectre sonore, nous avons 191 dB SPL. C'est le niveau où l'air est pressurisé à 1 bar ou 1 atmosphère. Le son linéaire ne peut pas exister au-dessus de ce niveau car le côté basse pression de l'onde atteint le vide absolu. Il existe des bruits plus forts (comme les explosions nucléaires), mais ils sont examinés comme des ondes de pression plutôt que comme des sons.
Tous les sons ne sont pas perçus de manière égale
L'oreille humaine n'est pas sensible à tous les sons de manière égale. En 1933, les résultats de recherches sur la façon dont nos oreilles perçoivent différentes fréquences ont été publiés. Les chercheurs Fletcher et Munson ont publié un ensemble de courbes de sensibilité auditive humaine basées sur la fréquence et l'amplitude. Les courbes ont été créées en jouant alternativement un son pur de 1 kHz et un son à une autre fréquence. L'amplitude du son de 1 kHz était ajustée jusqu'à ce que les participants estiment que le niveau des deux était équivalent. Le niveau d'ajustement était enregistré et ils passaient à une autre fréquence.
En 1937, des tests similaires ont été effectués par Churcher et King, mais les résultats différaient grandement des graphiques Fletcher-Munson. Les chercheurs Robinson et Dadson ont répété les tests en 1956 avec un équipement plus récent. Les mesures résultantes ont été acceptées et ont défini les contours d'égale sonorité normaux ISO 226. Ce sont restés la norme jusqu'en 2003, quand de nouveaux tests ont encore révisé les graphiques.
Ce que les courbes nous disent, c'est que notre audition est la plus sensible autour de 2 à 3 kHz, selon l'amplitude. Nous sommes moins sensibles aux informations haute fréquence autour de 10 kHz et 150 Hz d'environ 20 dB. Nous sommes de plus en plus insensibles aux sons en dessous de 150 Hz, mais ce phénomène diminue à mesure que le volume augmente.
Comment nous percevons le son
De nombreuses affirmations sur les niveaux sonores circulent dans l'industrie. Parlons-en et clarifions quelques-unes des plus courantes.
3 dB, c'est deux fois plus fort. Non. Non, ce n'est pas vrai. Un changement de 3 dB représente un doublement ou une division par deux de l'énergie acoustique. Il faut un amplificateur deux fois plus puissant pour produire un son à 73 dB qu'à 70 dB. La réalité est que la plupart des auditeurs peuvent à peine percevoir un changement de niveau de 3 dB à toutes les fréquences audibles.
Si 3 dB n'est pas deux fois plus fort, qu'est-ce qui l'est ? Sur la base de tests approfondis, il est convenu qu'un changement de niveau de 10 dB est considéré comme deux fois ou la moitié plus fort.
Un test d'écoute
Juste pour le plaisir et l'éducation, voici une série de tons de test pour démontrer notre capacité à détecter les différences d'amplitude. Ces tests sont conçus pour rendre les différences aussi facilement perceptibles que possible.
Les tons impliquent une onde sinusoïdale à une fréquence de 1 kHz enregistrée à un niveau de départ de -10 dB par rapport à l'échelle complète dans un format de fichier .wav non compressé 44,1 kHz, 16 bits. L'amplitude (volume) de la forme d'onde est diminuée aux marques de une, deux et trois secondes par des quantités variables. Pour la plupart, discerner la diminution de 1 dB par étape est facile. Beaucoup pourront détecter la diminution de 0,5 dB par étape. La diminution de 0,25 dB par étape est difficile à entendre.
Piste 1
1 kHz, diminution d'amplitude de 1,0 dB à intervalles d'une seconde
Piste 2
1 kHz diminution d'amplitude de 0,5 dB à intervalles d'une seconde
Piste 3
1 kHz diminution d'amplitude de 0,25 dB à intervalles d'une seconde
Maintenant, basé sur vos résultats, ce test réfute-t-il les affirmations ci-dessus sur les différences de 3 dB et 10 dB ? Pas du tout. Comme mentionné, les tests sont conçus pour rendre la perception des changements de niveau très facile. Si vous écoutiez une chanson, puis réécoutiez la même chanson cinq minutes plus tard après avoir ajusté le volume de 0,5 dB ou 1 dB, la plupart des gens ne pourraient pas détecter la différence.
Nous revisiterons le décibel dans de futurs articles et expliquerons comment différentes courbes de pondération affectent les chiffres que nous lisons en examinant les mesures de bruit et spécifications des équipements audio. Jusque-là, nous espérons que vous avez apprécié cet article et les pistes de test.