Introduction : La nature subjective du son

Le son est un phénomène physique — une vague mécanique qui traverse un milieu — mais la façon dont on l'entend n'est pas simple. Dans des domaines comme l'ingénierie audio, la production musicale, l'acoustique et même la conception de produits, deux termes se présentent fréquemment : bruit et volume perçu. Bien que souvent utilisés de façon interchangeable dans la conversation occasionnelle, ils décrivent des aspects distincts de la façon dont les humains éprouvent le son. Loudness se réfère à l'impression subjective d'une intensité sonore, tandis que le volume perçu est le jugement personnel de l'auditeur de combien un son semble fort dans un contexte donné.

Un ingénieur de mastering pourrait augmenter un niveau de piste pour seulement trouver qu'il sonne plus silencieux en raison de contenu spectral. Un concepteur d'appareils auditifs doit tenir compte de la sensibilité réduite de l'auditeur à certaines fréquences. Même un producteur de podcast profite de savoir pourquoi certains segments se sentent plus fort que d'autres même lorsque les compteurs lisent la même chose. Cet article déballe les principes derrière le bruit et le volume perçu, explorant leurs bases physiques, influences psychoacoustiques, normes de mesure et applications pratiques.

Qu'est-ce que Loudness ?

La loudité est une subjective Il est lié à l'amplitude physique d'une onde sonore, mais non identique à celle d'une onde sonore. Une onde avec des variations de pression plus grandes (amplitude plus élevée) déclenche généralement une perception de plus grande intensité, mais la relation n'est pas linéaire et dépend fortement de la fréquence et d'autres facteurs.

Les scientifiques ont développé des modèles pour quantifier la sonorité de manière à établir une corrélation avec la perception humaine. Téléphone l'échelle est une telle unité: une tonalité de 1 kHz à un niveau de pression sonore donné (dB SPL) est assignée une valeur de phon égale à celle de SPL. Par exemple, une tonalité de 1 kHz à 40 dB SPL a une intensité de 40 phons. Sone La sonorité subjective double avec chaque augmentation de 10phons, donc 2 sones = 50phons, 4 sones = 60phons, etc. Ces échelles aident les ingénieurs audio à prédire comment les changements de niveau et de fréquence seront perçus.

La loudité est également influencée par la durée du son. Pour des sons très courts (moins de 200 millisecondes environ), l'oreille intègre l'énergie au fil du temps, ce qui signifie qu'une brève éclatement doit être plus élevée en niveau pour sonner aussi fort qu'un son plus long.

Volume perçu et ses influences

Le volume perçu est l'auditeur. notation subjective Il peut différer sensiblement de la sonorité physique mesurée en phons ou en sons. Plusieurs facteurs interconnectés façonnent le volume perçu:

  • Fréquence et contours de la nuance égale : L'audition humaine est la plus sensible dans la gamme d'environ 2 000 à 5 000 Hz, la bande de fréquences où se produisent de nombreux sons de parole et indices environnementaux critiques. Courbes Fletcher-Munson Par exemple, une tonalité de 100 Hz à 50 dB SPL sonne beaucoup plus calme qu'une tonalité de 3 kHz à la même SPL. À des niveaux plus élevés, les contours s'aplatissent, ce qui signifie que la dépendance à la fréquence diminue pour les sons très forts.
  • Durée et effets temporaux : Comme on l'a vu, les sons plus longs sont perçus comme plus forts jusqu'à un point (environ 200 ms). Après cela, d'autres augmentations de durée ont peu d'effet.
  • Bruit de fond et masquage : Un son qui est clairement audible dans une pièce tranquille peut être complètement masqué par la circulation, la climatisation ou la conversation. masque auditif – un son plus fort peut rendre un son plus silencieux inaudible, même si les deux sont au-dessus du seuil de l'audition. La relation de fréquence entre masque et signal est critique ; les fréquences proches masquent le plus efficacement.
  • Auditoire Sensibilité à l'audition : L'âge, les antécédents d'exposition au bruit et la physiologie individuelle modifient les seuils auditifs. Le Presbycusis (perte auditive liée à l'âge) réduit généralement la sensibilité aux hautes fréquences en premier.
  • Attention et attentes : Un auditeur qui se concentre activement sur un son peut le percevoir comme plus fort que quelqu'un qui est distrait. De même, les sons inattendus (comme une alarme soudaine) sont souvent jugés comme plus forts que les sons continus et prévisibles.

La relation entre la lustre et le volume perçu

La loudité (en tant que quantité psychoacoustique) et le volume perçu (en tant que jugement subjectif) sont étroitement liés mais non synonymes. Les deux sont subjectifs, mais le son est une mesure plus normalisée qui tente de prédire l'ampleur perçue d'un son. Le volume perçu est l'expérience interne de l'auditeur, qui peut inclure d'autres facteurs comme le contexte, les attentes et la fatigue d'écoute.

Un son à grande amplitude à une fréquence insensible (par exemple, 30 Hz à 90 dB SPL) a une intensité physique mesurable mais ne peut pas être perçu comme extrêmement fort. En revanche, un son d'amplitude modérée (par exemple, 70 dB SPL à 4 kHz) peut se sentir assez fort parce qu'il se trouve dans la région la plus sensible de l'oreille.

De plus, la relation entre le niveau de pression acoustique et la sonorité perçue n'est pas linéaire. Une augmentation de 10 dB est généralement perçue comme un doublement de la sonorité (en sons), mais cela ne tient que pour les fréquences moyennes et les niveaux modérés.

La physique du son : Amplitude vs Intensité

Pour comprendre la sonorité, il faut d'abord saisir les paramètres physiques du son. Amplitude Les amplitudes plus grandes créent des fluctuations de pression plus importantes, mesurées en pascals (Pa) ou en niveaux de pression acoustique (SPL) en décibels. Intensité est la puissance par unité de surface portée par l'onde, liée au carré de l'amplitude. Les deux sont des quantités objectives et mesurables.

Cependant, l'oreille humaine ne perçoit pas le son linéairement. Notre système auditif compresse une vaste gamme dynamique (du son audible le plus doux au seuil de douleur, environ 120 dB SPL) dans une gamme perceptive gérable. Loi sur le Weber-Fechner décrit ceci : la différence d'intensité à simple remarque (JND) est à peu près proportionnelle à l'intensité elle-même. Pratiquement, cela signifie qu'un changement de 1 dB est à peine perceptible à de faibles niveaux mais plus perceptible à des niveaux élevés.

Un autre concept clé est niveau d'intensité sonore (SIL) mesuré en dB SIL, qui utilise une référence de 10 à 12 W/m2. SPL et SIL sont souvent congonflés, mais SPL est plus commun en acoustique. Les deux fournissent le fondement physique sur lequel la perception de la force est construite.

Phénomènes psychoacoustiques : Masquage, compression et perception non linéaire

La psychoacoustique est l'étude de la façon dont le cerveau interprète le son. Plusieurs phénomènes influencent directement la sonorité et le volume perçu:

  • Masque auditif : Comme mentionné, un son plus fort peut masquer un son plus silencieux. Ceci dépend de la fréquence : un masqueur à bande étroite affecte une petite région de fréquence autour de son centre. Ce principe est exploité dans la compression audio perdue (par exemple, MP3) pour jeter des sons inaudibles.
  • Masque temporal : Les sons peuvent être masqués non seulement simultanément mais aussi avant (pré-masquage) et après (post-masking) le masqueur. Un passage fort peut rendre un son silencieux antérieur inaudible pendant quelques millisecondes, et l'effet peut durer jusqu'à 200 ms après l'arrêt du masqueur.
  • Recrutement de loudness : Chez les personnes souffrant de perte auditive sensorielle, la gamme dynamique est comprimée. Les sons doux peuvent être inaudibles, mais les sons forts peuvent sembler aussi forts ou même plus forts que ceux d'une personne qui entend normalement.
  • Perception non linéaire de la dynamique : La non-linéarité de l'oreille signifie qu'une augmentation de 3 dB de SPL ne correspond pas toujours à une augmentation de 3 dB de la sonorité perçue. À des niveaux élevés de SPL, l'oreille devient moins sensible aux changements, ce qui rend la compression et limite moins perceptible dans la musique maîtrisée.

Mesure de la hauteur : unités et normes

Dans le domaine de l'audio professionnel, la mesure objective de la sonorité perçue est essentielle à la cohérence.

  • LKFS / LUFS: La loudness, pondérée en K, relative à Full Scale (LKFS, également appelée LUFS) est la norme UIT-R BS.1770 utilisée en diffusion, en film et en diffusion. Elle mesure la loudité intégrée au fil du temps en utilisant une courbe de pondération de fréquence qui rapproche la sensibilité humaine (pondération en K). La loudité cible pour la plupart des services de diffusion (p. ex., Spotify, YouTube) est d'environ -14 à -16 LUFS. Cela garantit qu'un dialogue cinématographique silencieux n'exige pas que l'auditeur tourne le volume uniquement pour être soufflé par une scène d'action.
  • RMS vs. Peak: Le niveau Root Mean Square (RMS) donne une mesure de puissance moyenne, qui est mieux liée à la sonorité perçue que le niveau de pointe. Cependant, le RMS ne tient pas compte de la pondération de fréquence.
  • Lourdeur à court terme et momentanée : Des normes comme BS.1770 définissent également la sonorité à court terme (3 secondes) et momentanée (400 ms) pour mesurer les variations dynamiques.

Ces normes permettent aux ingénieurs de mélanger pour une intensité prévisible entre différents systèmes de lecture. Par exemple, un podcast peut cibler -16 LUFS avec un maximum de -1 dBTP pour éviter le clippage dans les codecs perdants.

Applications en conception sonore et en génie audio

Comprendre la force et le volume perçu n'est pas seulement académique, mais a des implications directes dans de multiples domaines.

Production et mixage de musique

Lors du mélange d'une chanson, l'ingénieur équilibre les niveaux d'instruments de sorte que chaque partie soit audible et contribue à l'impact global. Les contours d'égale loudness informent les décisions sur EQ : une guitare basse à 60 Hz a besoin de plus de salle de tête qu'un piège à 200 Hz pour être entendue également. guerre de la force La dynamique de la frappe avec les limiteurs réduit le rapport pic-à-moyenne, mais elle peut causer la fatigue de l'auditeur et déformer la musique. Les plateformes de streaming modernes imposent la normalisation de la sonorité, gratifiant les maîtres avec une plus grande portée dynamique.

Normalisation de la diffusion et de la diffusion

La télévision et la radio ont depuis longtemps utilisé des normes de bruit pour empêcher les sauts de volume entre les programmes et les publicités. L'UIT-R BS.1770 spécifie une intensité cible de -23 LUFS pour la diffusion dans de nombreux pays. Les plateformes de streaming suivent des lignes directrices similaires: Apple Music cible -16 LUFS, tandis que YouTube normalise à -14 LUFS. Le contenu qui dépasse ces cibles est atténué; le contenu qui est plus silencieux est stimulé.

Aides auditives et appareils d'assistance

Les appareils auditifs doivent amplifier le son pour compenser la perte auditive, mais ils doivent aussi éviter les sons forts sur-amplifieurs (pour prévenir les dommages ou les gênes).Les appareils auditifs numériques modernes utilisent une compression à action rapide qui adapte le gain en fonction du niveau de signal entrant, du contenu de fréquence et de l'audiogramme de l'utilisateur.

Conservation du bruit ambiant et de l'ouïe

La réglementation en matière de sécurité au travail (p. ex., l'OSHA aux États-Unis) fixe des limites d'exposition au bruit en fonction du niveau et de la durée, lesquelles sont fondées sur des recherches sur le volume perçu et le bruit. Par exemple, l'exposition à 85 dBA pendant 8 heures est considérée comme le seuil de risque.

Conclusion

La loudité et le volume perçu sont au cœur de notre interaction avec le son. Bien qu'ils soient ancrés dans la physique, ils sont fondamentalement façonnés par le traitement complexe et non linéaire du système auditif humain. Des contours d'égale loudité qui révèlent notre sensibilité dépendante de la fréquence, à l'intégration temporelle qui affecte la façon dont nous jugeons les sons courts, ces principes guident tout, de la production musicale aux normes de sécurité publique. est et combien c'est bruyant semble ouvre la porte à une maîtrise plus profonde du monde sonique.

Pour plus de détails, consulter le site Norme ISO 226:2003 sur les contours d ' égalité, les Recommandation de mesure de l'intensité de l'intensité de l'UIT-R BS.1770et les AES papier sur la sonorité dans la radiodiffusion- Oui.