Comprendre le son: des progrès dans la modélisation et la prédiction Un bruit est émis, et nous l’entendons. Pas si vite! Les fréquences et les interférences sont complexes, et une meilleure compréhension de scènes auditives complexes pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies d’assistance. Recherche fondamentale © Andrey VP/stock.adobe.com Les sons nous informent, nous avertissent, nous divertissent. Les façons de décrire le comportement du son lorsqu’il se déplace dans l’espace et le temps dépendent d’un paradigme basé sur les ondes ou d’un paradigme géométrique. Bien que la première soit considérée comme la représentation la plus précise, elle implique des modèles très complexes. Le cadre géométrique permet de visualiser le son sous forme de rayons plutôt que d’ondes. L’inconvénient de cette méthode est qu’elle ne permet pas de capturer des phénomènes tels que la diffraction du son autour d’un coin. Le projet SONORA, du Conseil européen de la recherche (CER) soutenu par l’UE, a examiné la possibilité de simplifier la situation actuelle en combinant les deux au sein d’un nouveau paradigme. «Ces deux cadres, et les modèles acoustiques correspondants, sont généralement considérés comme sans rapport l’un avec l’autre. Nous avons démontré que c’était faux», explique le chercheur principal Toon van Waterschoot, professeur de technologie de l’ingénierie à l’université catholique de Louvain en Belgique. Il explique que l’idée de combiner la modélisation géométrique et la modélisation basée sur les ondes permet d’exploiter les meilleures caractéristiques des deux cadres. «Le développement de tels modèles hybrides requiert l’établissement d’une connexion entre les cadres, ce qui a été l’une des principales contributions au projet.» Combiner la modélisation ondulatoire et géométrique pour une image plus claire «Combler le fossé entre les deux cadres était sans aucun doute la tâche la plus ardue. Pendant longtemps, nous n’avons pas trouvé de formulation mathématique appropriée qui nous aurait permis de relier les deux cadres», fait remarquer Toon van Waterschoot. Finalement, en réunissant les bonnes personnes et en discutant encore et encore du problème, l’équipe a élaboré un cadre mathématique qui lui a permis de prouver que la modélisation basée sur les ondes et la modélisation géométrique sont équivalentes sous certaines conditions. «Il s’agit vraiment du résultat le plus marquant du projet, qui ouvre la voie à des recherches beaucoup plus approfondies. Il a été extrêmement gratifiant de voir à quel point chaque personne impliquée dans la résolution de ce problème, les chercheurs non seulement de mon équipe mais aussi de l’équipe de Enzo De Sena à l’université de Surrey au Royaume-Uni, ont apporté des pièces du puzzle qui se sont avérées essentielles à sa résolution.» Le modèle de limite équivalente, un fourre-tout pour tous les contextes Outre la modélisation du son, le projet s’est penché sur la notion de lieu où se produit l’événement sonore et sur l’impact du contexte sur le résultat. Les sons intérieurs et extérieurs sont influencés par l’environnement de manière très différente. «L’existence de limites entre les pièces est ce qui rend le son intérieur si différent du son extérieur», explique Toon van Waterschoot. Mais que se passe-t-il si les pièces sont grandes ou petites, si elles ont de la moquette ou du parquet? Quel est l’impact des grandes fenêtres ou des miroirs par rapport aux panneaux muraux? SONORA fait la distinction entre une limite physique de la pièce, constituée des murs, du sol et du plafond, et une limite équivalente qui n’existe pas physiquement, mais qui est utilisée pour modéliser la diffusion acoustique à partir de la limite réelle. «Nous pourrions vouloir faire cela parce que, dans de nombreuses applications de traitement des signaux audio, nous ignorons totalement les limites physiques de la pièce, telles que la géométrie des murs ou les matériaux avec lesquels ils sont construits ou recouverts», explique-t-il. Cela découle du fait que les appareils audio sont souvent mobiles et conçus pour être utilisés dans n’importe quel environnement intérieur. Mais les limites étant un élément essentiel de la modélisation de la propagation des ondes acoustiques à l’intérieur d’une pièce, il est crucial que les modèles d’acoustique des pièces incluent une représentation de ces limites. Comme nous n’avons pas forcément une connaissance physique de la limite réelle, nous la remplaçons dans notre modèle par une limite dite équivalente, qui peut être placée ailleurs et disposer de propriétés différentes de la limite réelle», explique Toon van Waterschoot, qui ajoute: «En paramétrant ces positions et propriétés variables et en estimant ces paramètres à partir de mesures sonores effectuées à l’aide des signaux d’un microphone, nous pouvons obtenir un modèle de limite équivalent qui représente avec précision l’effet de la limite réelle sur le champ d’ondes acoustiques résultant à l’intérieur de la pièce». Une meilleure compréhension du son pour une nouvelle génération d’équipements Toon van Waterschoot est convaincu que les travaux réalisés dans le cadre de son projet contribueront au développement de nouvelles technologies permettant de capturer, d’analyser, de manipuler et de reproduire des expériences auditives. Ce serait le cas lorsque des dispositifs audio sont utilisés dans un environnement intérieur, par exemple, un dispositif d’assistance auditive utilisé par une personne malentendante; un haut-parleur intelligent qui capte une commande vocale; une paire d’écouteurs qui restitue un son spatial en 3D dans une application de réalité virtuelle; ou encore un réseau de microphones sans fil qui surveille les activités intérieures dans le contexte d’une habitation assistée. «J’espère que cette amélioration de notre compréhension de la modélisation et de la prédiction du comportement du son mènera au développement d’équipements et de technologies susceptibles d’avoir un impact très réel sur la vie des gens.» Mots‑clés SONORA, acoustique, onde, son, modélisation géométrique, modèle de limite équivalent, champ d’ondes acoustiques
