Perception et confort acoustiques des Systèmes de ...· Perception et confort acoustiques des...

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  • UNIVERSIT DE LA ROCHELLE

    UNIVERSIT DE LIGE

    cole Doctorale Sciences Ingnierie en Matriaux, Mcanique,nergtique et Aronautique (SI-MMEA)

    Collge de doctorat en lectricit, lectronique et informatique

    LABORATOIRES : Laboratoire des Sciences de lIngnieur

    pour lEnvironnement (LaSIE) & Institut Montefiore

    THSE(version provisoire envoye aux rapporteurs)

    ANTOINE MINARD

    pour obtenir le grade de : Docteur de luniversit de La Rochelleet de lUniversit de Lige

    Discipline : GNIE CIVIL : ACOUSTIQUE

    Perception et confort acoustiques

    des Systmes de Traitement dAir

    Dirige par ANAS SAKOUT & JEAN-JACQUES EMBRECHTS

    JURY :

    RAPPORTEURS :

    S. MEUNIER CR CNRS Docteur, Universit dAix-Marseille

    E. PARIZET Professeur HDR, INSA Lyon

    EXAMINATEURS :

    J.-J. EMBRECHTS Professeur Docteur, Universit de Lige

    F. FOURNIER Ingnieur Docteur, CIAT

    A. SAKOUT Professeur HDR, Universit de La Rochelle

    J. VERLY Professeur Docteur, Universit de Lige

  • Perception et confort acoustiques des Systmes de Traitement dAir

    Rsum :

    Cette thse a pour but dtudier le confort acoustique ressenti par les usagers de systmes de trai-

    tement dair (STA), tels que les systmes de climatisation installs en bureaux de diffrentes tailles,

    en prenant en compte les facteurs environnementaux lis au contexte particulier dusage de ces pro-

    duits. lorigine sest prsent le besoin industriel dune norme fiable dvaluation des sons mis par

    les STA, pour offrir une reprsentation plus fidle de la perception que le seul standard existant au-

    jourdhui : le niveau acoustique mis exprim en dBA. Ce contexte impose en premier lieu une tude

    approfondie de la perception des sons de STA tels qumis par les appareils. Ainsi, une dmarche ri-

    goureuse a t suivie allant du recueil dun nombre consquent denregistrements de sons de STA jus-

    qu ltablissement dune mtrique robuste de prdiction de la qualit sonore perue. Pour ce faire,

    ont tout dabord t tablies les diffrentes familles perceptives qui constituent lensemble des enre-

    gistrements de sons de STA effectus. De cet ensemble de familles a t extrait un corpus de travail

    permettant une complte reprsentativit des diffrents types de sons mis par les STA. Les attributs

    auditifs pertinents pour la description perceptive de ce corpus sonore ont ensuite t identifis en

    appliquant les principes de ltude du timbre musical, dj adopts avec succs pour la description

    dautres types de sons de lenvironnement. Ces attributs auditifs ont enfin servi de base descriptive

    pour expliquer les prfrences des auditeurs vis--vis des sons de STA afin dtablir un prdicteur

    efficace de la qualit sonore laide de descripteurs audio. Dans un second temps, afin de prendre

    en considration le contexte cologique des STA, linfluence de deux facteurs environnementaux sur

    lvaluation de la qualit sonore des STA a t tudi dans le but den valuer limportance sur le

    ressenti des usagers. Dune part, comme les STA tudis sont des appareils exclusivement installs

    en intrieur (bureaux), leffet de la rverbration sur lvaluation de la qualit sonore a t tudi

    laide dun systme dauralisation permettant de reproduire virtuellement la rponse acoustique

    dune salle. Dautre part, linfluence du contexte attentionnel des auditeurs sur la qualit sonore per-

    ue a t value laide dune tude comparative de diffrentes situations dcoute. En effet, on

    observe que la perception du son mis par les STA se traduit typiquement par une forme de pertur-

    bation de leur occupation quotidienne.. Il est donc apparu pertinent dvaluer quel point le degr

    dattention porte sur le son influe sur lvaluation de la qualit sonore par les auditeurs. Ainsi nous

    avons pu tablir dans quelles mesures et selon quelles limites le prdicteur de qualit sonore tabli

    peut reprsenter fidlement le confort ressenti par les usagers dans un contexte offrant un meilleur

    degr de validit cologique que les conditions habituelles de laboratoire.

    Mots-cls : Systmes de traitement dair, valuation de la qualit sonore, Design sonore, tude du

    timbre, Rverbration, Contexte attentionnel.

  • Acoustic perception and comfort of Air-Treatment Systems

    Abstract :

    This thesis addresses the perceived acoustic comfort of Air-Treatment Systems (ATS), such as air-

    conditioners installed in offices, by taking into account the environmental factors related to the spe-

    cific context of ATS usage. The only existing standard to evaluate the sounds emitted by ATS, which

    is the emitted sound level in dBA, is only loosely related to perception. Therefore, the need of manu-

    facturers for a more reliable standard arises. This implies a thorough study of the perception of the

    sound of ATS as it is emitted. A precise methodology was then followed : it includes first collecting a

    high number of ATS sound recordings, up to finally developing a robust metrics to predict the percei-

    ved sound quality. For that purpose, different perceptual categories were first identified to constitute

    the recording database of ATS sounds. A corpus considered as fully representative of the different

    types of emitted sounds was then extracted from the recording database. Current principles of musi-

    cal timbre description have already proved to be adequate to other types of environmental sounds ; by

    applying these principles, the relevant auditive attributes for the corpus perceptual description were

    identified. In order to develop an efficient sound quality predictor through audio features calcula-

    tion, prominent features based on these auditive attributes were identified that explain the listeners

    preferences among ATS sounds. The ecological context of ATS was examined in a second step. Two

    environmental factors were addressed in the context of ATS sound quality evaluation to ponder their

    importance in the listeners perception. As the ATS under study are exclusively indoor systems de-

    signed for offices, the effect of reverberation on sound quality evaluation was first studied ; for that

    purpose, an auralization tool was used to simulate room acoustic response. The influence of liste-

    ners attention context on perceived sound quality was then evaluated through a comparative study

    of various listening conditions. As a matter of fact, the sound emitted by ATS in real conditions is per-

    ceived as a perturbation of current activities. It is therefore relevant to evaluate how deeply the degree

    of attention related to the sound affects listeners as regards their perception of acoustic quality. Even-

    tually, the relevance of the proposed sound quality predictor to comfort perception was assessed in

    conditions more ecologically representative than usual laboratory environment.

    Keywords : Air-treatment systems, Sound quality evaluation, Sound design, Timbre study, Reverbera-

    tion, Attention context.

  • Table des matires

    Introduction 15

    I Problmatique et positionnement mthodologique 17

    1 Problmatique et dmarche gnrales 19

    1.1 Problmatique industrielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

    1.2 Contexte scientifique de ltude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    1.2.1 Les sons de lenvironnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    1.2.2 Le design sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

    1.2.3 Quentend-on par qualit sonore ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

    1.3 Dmarche adopte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

    2 Qualit des sons de lenvironnement 25

    2.1 Le timbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

    2.1.1 Les sons musicaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

    2.1.2 Les sons de lenvironnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

    2.2 Identification de la source sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

    2.3 valuation de la qualit sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

    2.3.1 Procdures exprimentales de mesure de la qualit sonore . . . . . . . . . . . . . 37

    2.3.2 Mthodes composes pour lvaluation de la qualit sonore . . . . . . . . . . . . 40

    2.3.3 Descripteurs acoustiques associs la qualit sonore . . . . . . . . . . . . . . . . 44

    2.4 Dmarche adopte dans le cadre de cette thse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

    3 Contexte environnemental et qualit perue 59

    3.1 Qualit sonore et facteurs lis lacoustique des salles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

    3.1.1 Principes de base de la rverbration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

    3.1.2 Mtriques lies la rverbration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

    3.2 Qualit sonore et intelligibilit de la parole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

    3.2.1 Lien entre rverbration, rapport signal-sur-bruit et intelligibilit . . . . . . . . . 64

    3.2.2 Descripteurs dintelligibilit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

    3.2.3 Intelligibilit et confidentialit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

    3.3 Contexte attentionnel li lenvironnement sonore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

    3.3.1 Effet cocktail party . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .