L'incendie du 15 avril qui a dévasté le toit de la cathédrale Notre-Dame de Paris, vieille de 850 ans, a laissé de nombreuses personnes dans le monde se demander s'il était possible de le reconstruire de manière à recréer l'acoustique complexe de l'icône culturelle.

D'autres cathédrales peuvent sembler avoir une acoustique similaire, mais il n'y a pas deux pareils dans la façon dont le son monte et se répercute à l'intérieur. Une myriade de nuances et de détails sont uniques, dont beaucoup sont susceptibles de changer au cours des siècles à mesure que l'ameublement et les rénovations évoluent.

Il y a six ans, le 24 avril, 2013, Brian FG Katz, membre de l'Acoustical Society of America et directeur de recherche CNRS à Sorbonne Université, et ses collègues ont obtenu des mesures détaillées de l'acoustique de l'espace principal de Notre-Dame.

Ces mesures et les méthodes utilisées par son équipe pour les obtenir ont été détaillées dans plusieurs publications de la publication phare de l'ASA, les Journal de la Société acoustique d'Amérique , et l'un des étudiants de Katz présentera une partie du travail plus tard ce mois-ci à la 177e réunion de l'Acoustical Society of America à Louisville, Kentucky.

Ces mesures ont maintenant une nouvelle signification, dit Katz. Ils documentent les conditions acoustiques de la cathédrale avant l'incendie et peuvent être utilisés lors de sa restauration. Il est disponible pour répondre aux questions des journalistes sur les travaux et la reconstitution de l'acoustique complexe de Notre-Dame.

« L'acoustique des lieux de culte a longtemps été un sujet d'intérêt et est un domaine d'étude actif en ce moment, " a déclaré Katz. " L'acoustique dans les églises et les lieux de culte, en général, varient grandement selon les pratiques religieuses associées. Certains mettent l'accent sur l'intelligibilité de la parole, tandis que d'autres se concentrent sur les aspects rituels et la nature musicale. Un grand orgue d'église, par exemple, joué dans une pièce sèche adaptée à la parole peut ressembler davantage à un accordéon, sans l'effet de mélange de réverbération de l'acoustique."

Comment ils ont capturé l'acoustique de Notre-Dame

« La pratique de base consistant à mesurer l'acoustique des pièces est courante dans tous les espaces, " a déclaré Katz. "Nous n'utilisons aucun protocole spécial de cathédrale. Mais pour le long temps de réverbération et le volume considérable, nous avons dû travailler pour amener notre niveau de signal sur bruit à un niveau adéquat."

Les mesures ont été effectuées à l'aide d'une collection de données omnidirectionnelles, 3-D (ambisonique de premier ordre), et des microphones à tête factice (binauraux). Plusieurs haut-parleurs dodécaèdres étaient situés à des emplacements clés à l'intérieur de la cathédrale, représentant soit les positions de source typiques, soit les positions de mesure d'une série de mesures effectuées par le même laboratoire en 1987.

"Nous avons également inclus plusieurs rafales de ballons par mesure de sécurité, bien conscients de leurs limites acoustiques, " a déclaré Katz. Ce travail a été publié en 2011 dans JASA (voir asa.scitation.org/doi/10.1121/1.3518780).

Les chercheurs utilisent principalement du matériel audio professionnel car il offre souvent un meilleur rapport signal/bruit et l'installation est plus facile que les équipements de mesure de laboratoire.

"Techniquement parlant, nous avons utilisé un signal sinusoïdal de balayage exponentiel de 20 secondes, ou puce, et déconvolution pour obtenir la réponse impulsionnelle de la pièce. Cette réponse, ou la signature acoustique, pour chaque couple source/récepteur caractérise en effet comment la pièce transforme le son de la source au récepteur, " Katz a dit. " Une fois mis en place, les mesures ont duré un peu plus d'une heure et impliquaient principalement de déplacer des microphones."

Accéder à des sites emblématiques comme Notre Dame est toujours difficile, et le temps à l'intérieur pour enregistrer les mesures passe toujours rapidement. « L'un des avantages d'un tel espace est le sol relativement plat, ce qui nous a permis d'avoir la majorité de nos équipements sur un chariot qui peut être roulé dans l'allée, ", a déclaré Katz. "Cela contraste fortement avec les mesures que nous effectuons dans des salles de concert avec différents niveaux et balcons."

« Énergie réverbérante »—Le son plein de Notre-Dame

Avec un temps de réverbération de 6 secondes aux fréquences moyennes, Katz décrit le son de Notre Dame comme étant « aussi plein que vous pouvez l'imaginer, avec l'énergie réverbérante venant de tout autour. Lorsque vous vous déplacez dans l'espace, l'acoustique varie en raison des changements de hauteur sous plafond, par exemple. Ceci est très visible et peut être entendu sur notre exemple de simulation en ligne lorsque vous vous déplacez dans la cathédrale."

D'après les mesures et autres documents qu'ils ont pu obtenir à Notre-Dame, Katz et ses collègues ont créé un modèle de salle acoustique géométrique et l'ont calibré sur les paramètres acoustiques des réponses mesurées à l'aide de CATT-Acoustics (www.catt.se), un logiciel de simulation numérique utilisé par les consultants acoustiques. Ce travail a été publié dans JASA en 2016 (voir asa.scitation.org/doi/10.1121/1.4971422).

"En utilisant ce modèle, nous avons simulé de nouvelles réponses impulsionnelles de salle qui correspondent à une configuration d'orchestre d'une session d'enregistrement en micro rapproché réalisée au sein de la cathédrale par le Conservatoire National Supérieur de Musique et de Danse de Paris (CNSMDP), un collège de musique et de danse, " Katz a expliqué. " En alimentant ces enregistrements aux positions de source appropriées dans le modèle, nous avons pu recréer la performance acoustique de ce concert, permettant à l'auditeur de se déplacer dans la cathédrale pour explorer et expérimenter l'acoustique complexe de ce grand espace historique."

Pour ces simulations, "la taille et le long temps de réverbération de la cathédrale signifient des temps de calcul plus longs, des réponses impulsionnelles plus longues, des délais de traitement plus longs, et plus d'exigences de calcul, " Katz a ajouté. " Ces demandes étaient bien au-delà de ce que nous avons vécu avec d'autres sites, et de petites fluctuations de la température de l'air ont entraîné un désalignement des réponses impulsionnelles. Cette, à son tour, a entraîné des temps de réverbération artificiellement réduits pour les mesures moyennes, Nous avons donc développé une méthode pour corriger cela qui peut également être utilisée comme moyen de mesurer de petits changements de température moyenne. »

Jouez en avant :La reconstruction de Notre-Dame

Comment les mesures acoustiques de Katz peuvent-elles aider à la reconstruction de la cathédrale Notre-Dame ? D'abord, l'existence d'une documentation acoustique de la cathédrale est un énorme avantage.

« Cela peut aider lors de travaux de rénovation lorsque l'on considère comment l'impact de tout choix pourrait changer l'acoustique, comme le choix des matériaux, " Katz a dit. " On ne sait pas encore dans quel état sont les finitions intérieures, mais les panneaux de bois et les peintures à l'intérieur de la cathédrale ne sont pas du tout insignifiants en termes d'acoustique. Par rapport à la structure en pierre brute, ces petits éléments agissent comme d'éventuelles absorptions et diffusions acoustiques et peuvent avoir des impacts significatifs sur l'acoustique résultante."

Le deuxième avantage est la reconstruction virtuelle, fournissant essentiellement un moyen pour les gens d'écouter des performances dans l'acoustique « perdue ». "Cela pourrait se faire en travaillant avec le CNSMDP pour traiter l'enregistrement complet du concert dont nous avons présenté un extrait sur YouTube, ou pour traiter d'autres enregistrements effectués selon la même procédure. Cette approche peut également être utilisée pour écouter de « nouvelles » performances au sein de la cathédrale qui ne s'y sont jamais produites, ce qui permet même de diffuser des performances en direct sous forme de concert au sein de Notre-Dame virtuelle. Ceux-ci pourraient être intéressants lors de la reconstruction, alors que le bâtiment est inaccessible au public."