Une expérience élémentaire de contrôle actif du bruit

le matériel nécessaire

Cette expérience très simple à réaliser montre que l'on peut effectivement réduire le bruit produit par un haut-parleur à l'aide d'un autre haut-parleur. Elle fait appel à deux enceintes connectées à la sortie audio d'un ordinateur. Il faut disposer soit d'un bouton "volume" sur chaque enceinte, soit d'un bouton "balance".


Comment procéder :

  1. Télécharger ce fichier son stéréo  (fichier .wav, 1Mo)  
  2. Disposer les enceintes côte à côte. Les régler de telle sorte qu'une seule puisse au départ produire un son, soit en mettant au minimum le volume de l'autre, soit en tournant le bouton "balance" à fond.
  3. Lancer la diffusion du fichier son stéréo.
  4. Augmenter progressivement le volume de l'enceinte qui était au minimum, ou tourner progressivement le bouton "balance". Relancer le fichier son si nécessaire (il ne dure que 30 secondes).

On doit alors constater qu'il existe une position du bouton "volume" de la deuxième enceinte ou du bouton "balance" pour laquelle le bruit est significativement réduit par rapport à ce qu'il était au départ.
Une augmentation du "volume" s'accompagne d'une diminution du bruit !


Explication :

Le fichier son stéréo a été fabriqué de telle sorte que les valeurs enregistrées pour chacune des voies (droite et gauche) soient à chaque instant l'opposée l'une de l'autre, elles sont de même amplitude mais de signes opposés. Deux haut-parleurs identiques avec un même réglage du volume produiront alors des fluctuations de pression opposées à tout instant, une surpression produite par l'un est associée au même moment à une dépression causée par l'autre. Si les deux enceintes étaient exactement au même endroit, les bruits qui résulteraient de la propagation de ces fluctuations de pression s'annuleraient exactement. Comme dans l'expérience on ne peut superposer exactement les enceintes, les bruits ne peuvent s'annuler partout mais on montre que, pour un son à basse fréquence (celui du fichier est à 120 Hertz), la somme des deux bruits est de moindre amplitude que celle de chacun des bruits pris séparément. C'est cela que l'on doit entendre lorsque le réglage du volume (ou de la "balance") fait que les deux enceintes produisent des bruits de même niveau.


Application à des cas moins "académiques" :


Même si cette expérience conduit à une réduction du bruit parfaitement audible en général, on peut se demander pourquoi on n'obtient pas un résultat plus spectaculaire. D'abord on montre que, même avec deux sources de bruit très proches, les zones ou le bruit est fortement réduit en superposant les deux sons sont très étroites, il est difficile d'y mettre les deux oreilles à la fois! Ensuite les petits haut-parleurs ont du mal à produire des sons graves (comme ici à 120Hz), un phénomène de distorsion se produit avec l'apparition de sons à plus hautes fréquences pour lesquelles le bruit ne peut être réduit par superposition comme à 120Hz. Voilà pourquoi le bruit change en contenu fréquentiel et pas seulement en niveau lorsqu'on atteint le réglage optimal du volume.

Dans les cas où l'on est réellement confronté à des sources de bruit indésirables (comme des voitures passant devant la fenêtre), il n'est pas possible de "calculer à l'avance" les signaux à fournir aux haut-parleurs à utiliser comme sources de contre-bruit. Ces signaux doivent être calculés "en temps-réel" pour s'adapter en permanence au bruit à combattre. Voilà une des raisons pour lesquelles mettre au point un système de contrôle actif du bruit est difficile à mettre au point en général ; il a fallu attendre plusieurs dizaines années entre le dépôt des premiers brevets dans les années 1930 et des applications industrielles convaincantes !


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