À la conquête de l'espace

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Qu'est-ce que l'espace ?

Notions d'acoustique et de psychoacoustique

La prise en compte des phénomènes sonores impose de considérer un émetteur sonore, un récepteur sonore et un milieu de propagation.
Le terme d'espace concerne la perception des formes, des grandeurs, des distances, des positions, et éventuellement celle des mouvements :

distance :   prés - loin direction, position :   gauche - droite ou haut et bas caractéristiques acoustiques du lieu :   sec - réverbéré   grandeur, formes,   intérieur ou extérieur caractéristiques de l'émetteur :   grandeur, formes et en régime dynamique : déplacement de sources sonores (effet de panoramique à la console, effet Doppler), éventuellement modification de l'acoustique ou des dimensions du lieu.

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La hauteur, l'intensité et le temps sont aisément préhensibles, formalisables et manipulables, par le musicien, comme par le physicien. C'est certainement pourquoi ces grandeurs sont le fondement de la musique depuis plusieurs siècles. Ces trois critères du son peuvent quasiment être associés à des paramètres physiques à une seule dimension (Pierre Schaeffer a toutefois montré que l'objet sonore était plus complexe et plus ambigu).
Le timbre est déjà une notion plus compliquée. C'est un paramètre à trois dimensions : fréquence, intensité et temps. Les musiciens traditionnels maîtrisent plus ou moins intuitivement la qualité des timbres et leurs combinaisons. Mais, la maîtrise scientifique du timbre, l'analyse et la synthèse du son sont des disciplines récentes, nécessitant des connaissances et des moyens scientifiques importants.

L'espace s'avère être encore plus difficile à appréhender physiquement puisqu'il met en jeu de fines variations de hauteur, d'intensité et de timbre en fonction du temps :

• le déphasage temporel entre les 2 oreilles ne dépasse guère 0,6 ms,
• le délai d'apparition des premières réverbérations est inférieur à 100 ms,
• les fluctuations d'amplitude ne sont guère plus importantes que quelques dB,
• les éventuelles variations de fréquence fondamentale (effet Doppler) ou du spectre au cours du temps sont aussi très subtiles.

Toutes ces variations de grandeurs physiques (amplitude, temps ou fréquence) sont souvent difficilement perceptibles de façon directe et consciente par notre oreille.

Mécanismes de la perception spatiale

Les différents mécanismes de la perception spatiale sont assez complexes, pourtant, la localisation d'une source sonore dans l'espace, c'est à dire l'évaluation de la direction et la distance, est souvent plus rapide que l'identification exacte du son, notamment grâce au rôle d'alerte de l'oreille (une question de survie, pour l'homme des cavernes ou le pièton engagé sur un passage clouté).

Pour évaluer les distances, l'oreille travaille par comparaison avec des “images sonores” mémorisées depuis l'enfance. La propagation du son dans l'air n'est pas homogène et les fréquences moyennes et aiguës sont absorbées relativement plus facilement que les fréquences basses. La répartition des fréquences varie donc avec la distance, ou l'éloignement de la source.

Pour la latéralisation des événements sonores, de nombreuses recherches psychophysiques ont mis en évidence différents facteurs, qui ont été regroupés sous le terme HRTF : head-related transfer function (Searle et al., 1976, Blauert, 1983), à savoir :

• le déphasage interaural (Lord Rayleigh, 1907),
• l'ombre acoustique de la tête (Lord Rayleigh, 1876 ; Mills, 1972),
• le rôle du pavillon de l'oreille (Gardner, 1973),
• les échos dus aux épaules (Searle et al., 1976),
• les premières réflexions (Moore, 1990) et la réverbération (Gardner, 1969),
• la vision,
• les mouvements de la tête.

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Évidemment, cette complexité - acoustique ou psychoacoustique - ne facilite pas la prise en compte de l'espace. Pourtant, on peut déjà recenser de nombreuses tentatives de maîtrise de l'espace.

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Cette différence de trajet d'une dizaine de centimètres
correspond à un retard (déphasage) de quelques
dizièmes de millisecondes
(x = v.t, avec x=0,1 cm et v=330m/s)