Comprendre le son et le décibel
Dans toute discussion sur la compréhension du son, l'unité de décibels fera sans aucun doute 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 (également écrit en dB) n'est pas le dixième de l'amplitude ou de la force de 10 dB. Dans cet article, nous expliquerons le fonctionnement de l'échelle des décibels et présenterons quelques informations de référence pour vous aider à comprendre le fonctionnement de 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 à travers 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 signaux électriques minuscules. Ces signaux sont transmis au nerf auditif puis à notre cerveau. Chaque oreille interne contient environ 18 000 cellules ciliées, dont on dit qu'elles tiennent toutes sur la tête d'une épingle. Une fois qu'une cellule ciliée est endommagée, elle ne repousse ni ne se répare.
Comprendre le décibel
L'unité décibel a été créée dans les années 1920 par Bell Telephone Laboratories pour décrire les pertes dans les câbles de communication utilisés dans les premiers systèmes téléphoniques. L'unité d'origine était MSC (Miles of Standard Cable) et était la perte de signal dans 1 mile de câble à une fréquence de 795,8 Hz qui équivalait à la plus petite atténuation perceptible détectable par l'auditeur moyen.
La mesure des décibels et du niveau sonore
Lors de la discussion sur les niveaux sonores, le format approprié consiste à utiliser l'unité dB SPL, dB(SPL) ou dBSPL. La référence pour toute déclaration est la pression acoustique par rapport à 0dB. 0dB est défini comme le son perçu d'un moustique à une distance de 10 pieds de l'auditeur.
Étant donné que dB SPL exprime un rapport, les sons peuvent être plus faibles que 0 dB. Imaginez si vous voulez, 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. Le degré de silence dépend des autres sources de bruit. Le bruit électrique créé par l'éclairage et le bruit causé par les systèmes de chauffage et de refroidissement y contribuent tous. Si nous éliminons autant de bruits que possible, la pièce deviendra de plus en plus silencieuse.
Selon Guinness World Records, l'endroit le plus calme du monde en 2012 était une chambre d'essai anéchoïque des laboratoires Orfield à Minneapolis. Le niveau sonore dans cette pièce a été mesuré à -13dBA. En octobre 2015, une équipe d'ingénieurs du siège social de Microsoft à Redmond, Washington, a battu ce record avec des mesures prises dans la chambre anéchoïque du bâtiment 87. Une équipe de spécialistes indépendants a mesuré un niveau sonore de -20,35 dBA. La pièce est non seulement complètement isolée de toutes les sources de bruit et de vibration, mais les murs sont doublés de larges cales en mousse acoustique conçues pour absorber le son.
À l'extrémité opposée du spectre sonore, nous avons 191 dB SPL. C'est le niveau sonore 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 un vide absolu. Il y a 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 la même manière
L'oreille humaine n'est pas sensible à tous les sons de la même manière. En 1933, les résultats de la recherche 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 une tonalité pure à 1 kHz et une tonalité à une fréquence différente. L'amplitude de la tonalité de 1 kHz a été ajustée jusqu'à ce que les participants aient estimé que le niveau des deux était équivalent. Le niveau de réglage a été enregistré et ils sont passés à une autre fréquence.
En 1937, des tests similaires ont été effectués par Churcher et King, mais les résultats différaient beaucoup des cartes de 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 de niveau sonore égaux normaux ISO 226. Celles-ci sont restées la norme jusqu'en 2003, date à laquelle 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 20dB. Nous sommes de moins en moins sensibles aux sons en dessous de 150 Hz, mais ce phénomène diminue à mesure que le volume augmente.
Comment nous percevons le son
De nombreuses déclarations sur les niveaux sonores sont diffusées dans l'industrie. Parlons et clarifions quelques-uns des plus courants.
3dB est deux fois plus fort. Non. Non, ce n'est pas le cas. Un changement de 3 dB représente un doublement ou une réduction de moitié de l'énergie acoustique. Il faut à un amplificateur deux fois plus de puissance pour produire une tonalité à 73 dB qu'il n'en faut 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 que c'est ? Sur la base de tests approfondis, il est convenu qu'un changement de niveau de 10 dB est considéré comme deux fois ou deux moins fort.
Un test d'écoute
Juste pour le plaisir et l'éducation, voici une série de tonalités de test pour démontrer notre capacité à détecter les différences d'amplitude. Ces tests sont créés pour rendre les différences aussi facilement perceptibles que possible.
Les tonalités impliquent une onde sinusoïdale à une fréquence de 1 kHz enregistrée à un niveau de départ de -10 dB à partir de la pleine échelle dans un format de fichier .wav non compressé de 44,1 kHz, 16 bits. L'amplitude (volume) de la forme d'onde est diminuée à une, deux et trois secondes selon des quantités variables. Pour la plupart, il est facile de discerner la diminution de 1 dB par pas. Beaucoup seront capables de détecter la diminution de 0,5 dB par pas. La diminution de 0,25 dB par pas est difficile à entendre.
Piste 1
1 kHz, diminuant en amplitude de 1,0 dB à intervalles d'une seconde
Piste 2
1 kHz diminuant en amplitude de 0,5 dB à intervalles d'une seconde
Piste 3
1 kHz diminuant en amplitude de 0,25 dB à intervalles d'une seconde
Maintenant, sur la base de vos résultats, ce test réfute-t-il les déclarations ci-dessus concernant 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 deviez écouter une chanson, puis rejouer la même chanson cinq minutes plus tard après avoir augmenté ou diminué le volume de 0,5 dB ou 1 dB, la plupart des gens ne pourraient pas détecter la différence.
Nous reviendrons sur le décibel dans de futurs articles et expliquerons comment différentes courbes de notation affectent les chiffres que nous lisons lorsque nous examinons les mesures et les spécifications du bruit des équipements audio. D'ici là, nous espérons que cet article et les pistes de test vous ont plu.