La correction acoustique, comment ça marche ?
Un volume devient le théâtre d’ondes stationnaires dès lors qu’il est clos et que le temps de réverbération est différent de zéro. Ce phénomène se manifeste par l'apparition de résonances aux basses fréquences.
Les principaux symptômes sont connus:
Le niveau sonore est inconstant. Son amplitude varie pour chaque fauteuil et 
change avec la fréquence.
Les graves dominent et masquent les autres sons.
Les fréquences basses sont brouillées, indistinctes. La Clarté et la Définition 
disparaissent entraînant une chute notable de l'intelligibilité.
L'écoute est désagréable et fatiguante.
Selon le fauteuil dans lequel il est assis, un auditeur entendra certaines notes à un niveau nettement plus fort que les autres. L'écart peut atteindre 40 décibels. La répartition des zones de pression évolue avec la fréquence, c'est à dire que pour différentes notes, les niveaux forts ou faibles sont toujours présents mais ils ne sont plus aux mêmes endroits.
La figure ci-contre illustre les écarts de pression dans une pièce pour une fréquence donnée.
Le point M indique la position de l'auditeur.
Les points L et R symbolisent les enceintes.
Pour qu'une onde stationnaire apparaisse, il faut que la longueur de l'onde soit proportionnelle à une dimension (ou un groupe de dimensions) de la pièce. La plupart des instruments à vent utilisent ce principe.
Principe physique
Supposons un local fermé dans lequel on place une enceinte
- Même si cette dernière rayonne dans de multiples directions, une partie de l'énergie va inévitablement se propager sur les axes de la pièce, perpendiculaires aux parois (Courbe verte sur la figure ci-dessous).
- En heurtant la paroi, la vitesse de propagation devient nulle tandis que la pression devient maximale. Comme un nageur dans une piscine, l'onde réfléchie repart dans la direction opposée (Courbe jaune).
- En chemin, le front de l'onde croise sa propre traînée au moment où les amplitudes respectives ont un sens opposé. (Tout se passe très vite. Le haut-parleur n'a pas terminé son excursion que le front de l'onde est déjà de retour).
- L'énergie positive de l'onde incidente combinée à l'énergie négative de l'onde réfléchie s'annulent et la pression devient minimale à cet endroit (Courbe bleue).
- L'onde poursuit néanmoins sa route jusqu'à rencontrer la paroi opposée où elle se réfléchit à nouveau (pression maximale sur la paroi).
- Sur son retour, elle croise à nouveau la source au moment précis où celle-ci emet une nouvelle onde. Les énergies respectives des deux ondes superposées s'ajoutent et se renforcent mutuellement pour accomplir un nouveau cycle et le phénomène se répète.

L'animation ci-dessus illustre la résonance observée dans une pièce de 4,50 m de longueur, dans laquelle une source sonore produit une note à 115Hz.

La courbe verte représente le son généré par la source (instrument de musique ou
haut-parleur). Ici, pour l'exemple, le son se propage vers la droite.
La courbe jaune produite par la réflexion sur le mur se déplace en sens inverse.
La courbe oscillante bleue représente la somme des énergies du signal généré
par la source (en vert) et du signal réfléchi (en jaune).
Vous remarquerez que les courbes verte et jaune se déplacent, alors que la 
résultante bleue est fixe, d'où le terme:"onde stationnaire".
La courbe rouge montre la valeur absolue de la pression acoustique constante 
produite par la courbe bleue.
L'auditeur ne perçoit pas le mouvement de l'oscillation. Il entend une résonance
stable plus ou moins forte selon qu'il se trouve dans un nœud (annulation) ou 
dans une crête de pression (courbe rouge).
Les zones se déplacent et leur nombre varie quand la fréquence change.
L'écart d'amplitude entre les crêtes et les creux dépasse fréquemment 30 décibels.
A cette fréquence et pour cette pièce, on observe 3 zones d'annulation et 4 zones.
de pression élevée.
La pression est toujours maximale près des parois.
La fréquence de résonance fondamentale fo produit un minima de pression au milieu de la pièce. Elle s'obtient en divisant la célérité du son par 2 fois la dimension concernée.

fo = 344/2L 

Le phénomène se reproduit aux fréquences multiples de la fondamentale (harmoniques). En doublant la fréquence, on observe deux minima. Trois, si on triple, etc.

L'image ci-dessus montre la distribution des modes stationnaires et l'amplitude relative produite par les modes coïncidents.

Quand la fréquence de résonance dans un axe de la pièce correspond à une harmonique de la résonance dans un autre axe, les énergies combinées vont se renforcer mutuellement et exacerber le phénomène qui deviendra vite intolérable.
Les modes stationnaires axiaux sont ainsi nommés parce qu'ils naissent dans l'axe longitudinal, transversal et vertical de la pièce. Il existe aussi des modes tangentiels et obliques dont l'étude doit tenir compte.

Réponse modale typique. Ici, il ne s'agit pas d'un modèle théorique, ces courbes issues d'une même enceinte, ont été effectivement relevées dans un auditorium, à 6 emplacements
distants de 50cm. Les modes sont clairement identifiables à 42, 60, 100, 160 et 172Hz.
Contrôle des modes stationnaires

Il existe deux méthodes pour les maîtriser: anticiper ou corriger.
Anticiper, c’est d'une part adapter les proportions de la pièce en vue d’obtenir une distribution homogène des modes et d'autre part déterminer la position des enceintes (loin des parois) de manière à modérer l’excitation des modes les plus néfastes.
Corriger consiste à appliquer un traitement à posteriori. Il se justifie lorsque les contraintes dimensionnelles sont figées et qu’aucune autre solution n’est possible. Le plus souvent, il vient en complément des dispositions préventives pour lisser la courbe de réponse.
Absorbeur à membrane: la cloison de doublage
Les matériaux poreux ou fibreux sont mal appropriés à l'absorption des fréquences modales. Le principe reposant sur la loi du quart de la longueur d'onde, l'épaisseur requise devient vite inacceptable. A 20Hz par exemple, l'épaisseur du matelas absorbant sera 344/4x20= 4,30m !
Par contre, on peut absorber les fréquences basses en utilisant les propriétés mécaniques d'une membrane. Toute cloison vibre lorqu'elle est exposée à l'énergie des ondes sonores (principe inverse d'un tambour). A la fréquence de vibration, la cloison est perméable aux sons. L'amortissement de la cavité formée derrière la cloison permet de capter l'énergie transmise et de l'absorber en la transformant en chaleur.
Il est vivement recommandé de doubler les parois d'une pièce d'écoute par une cloison légère étanche. L'absorption étant fonction de la masse de la cloison, de sa rigidité, du volume de la cavité et de son amortissement, les propriétés vibratoires seront déterminées par un bureau d'études.
Libérer les angles
La pression est toujours maximale sur les parois. Toutefois, les modes possèdent aussi en commun une pression encore plus élevée près des arêtes. Dans un angle découvert, entre deux murs ou entre mur et plafond, la pression sera 2 fois plus élevée et même trois fois dans les angles trièdraux (mur-mur-plafond).
Les basstraps rapportés seront plus efficaces s'ils neutralisent les ondes stationnaires à l'endroit où elles se concentrent, c'est à dire dans les angles. 
Il est conseillé de dégager l'espace et de ne pas placer de porte ni de fenêtre près des angles.

Placement des fauteuils

 

Trop près d'une paroi, l'auditeur est submergé par les basses fréquences. Distance minimale conseillée: 1,50m.
(source: Dolby et THX).
Eviter de placer les fauteuils dans les zones perturbées par les modes résiduels. Il ne faut jamais positionner un fauteuil près d'une paroi.
Extrait du programme de certification THX (paragraphe 4.3.2):
"Le placement des fauteuils ne se décide pas au gré du confort apparent. Il découle de la réponse acoustique de la pièce".
Remarque importante
Ces méthodes concernent uniquement la correction des basses fréquences. Elles ne dispensent pas de traiter les autres phénomènes acoustiques parmi lesquels, la réverbération, les échos, les interférences liées aux réflexions précoces, le filtrage en peigne, la spaciosité, la localisation des sources, etc. Les dispositifs appropriés viendront en appui sur la cloison de doublage. Leur impact sur les propriétés vibratoires de la cloison devra être évalué par le bureau d'études.

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