Sonie

La sonie ou bruyance (loudness) est une valeur numérique qui représente le volume sonore tel que perçu par l'être humain[1]. C'est une grandeur psychoacoustique qui se rattache de façon complexe à la pression acoustique. Sur une chaîne haute-fidélité, un poste de télévision, un smartphone, et autres appareils électroacoustiques le volume sonore est la sonie du son produit[2].

Comme pour toutes les grandeurs psychosensorielles, les études psychoacoustiques sur la sonie sont basées sur des statistiques de résultats d'expérience, la perception variant d'un individu à l'autre, comme aussi la capacité à discerner et verbaliser les différences, qui est susceptible d'apprentissage. Plutôt qu'une mesure, la sonie est un indicateur de volume sonore, pour lequel existent plusieurs méthodes d'évaluation.

L'établissement d'unités pour la sonie

Les études sur la sonie surgissent de deux préoccupations divergentes :

  • Le son comme bruit, appelé aussi tapage ou nuisance sonore, émission sonore de moyens de transport ou d'établissements industriels, les niveaux sonores excessifs dans les locaux de travail ou d'habitation font partie des nuisances. Il crée des gênes et des atteintes à la santé. Ce genre de son fait l'objet de lois et règlements qui doivent le quantifier, afin que l'on puisse décider des litiges.
  • Le son est aussi un instrument de communication et de récréation. Les industries qui sont nées de ces nécessités humaines, téléphonie, radiodiffusion, télévision, spectacle, édition de disques, ont suscité des recherches qui approfondissent les réflexions issues de la théorie musicale et les rapprochent des phénomènes physiques.

Comme une des gênes principales que le bruit apporte aux humains est qu'il entrave la communication sonore, les deux approches convergent. Toutefois, les applications restent distinctes, et les méthodes qui servent à l'évaluation du bruit sont différentes de celles qui servent à celle de la sonie de la diffusion sonore, bien que le bruit ambiant soit, finalement, le bruit de fond de ces dernières (voir Dynamique sonore).

L'élaboration des unités correspond au développement des instruments. Jusqu'en 1870, les savants ne disposaient que d'instruments mécaniques comme le disque de Rayleigh, dont la déviation dépend de la vitesse acoustique[3] ou d'aiguilles asservies à une membrane comme celle du phonautographe. Ces dispositifs sont délicats et peu sensibles ; tirant parti de résonances, leur réponse en fréquence est limitée et irrégulière. Comme les premiers microphones, destinés au téléphone, qui n'ont donné lieu qu'à des applications pratiques, ils n'ont pas débouché sur la définition d'une unité de sonie[4]. L'invention de la triode, en permettant l'amplification et le traitement du signal électrique et la construction d'instruments de mesure électroniques, a permis des études quantitatives et l'exploration des fréquences du signal sonore, et la détermination de la bande passante nécessaire à la transmission du son. En 1923 Harvey Fletcher propose « une échelle de sonie telle que la différence de sonie [loudness] entre deux sons est égale à dix fois le logarithme décimal de leur rapport d'intensité ». Il établit, avec une centaine de sujets, les limites de l'audition. Dès ce premier article, il note que la détermination de la sonie des sons complexes est considérablement plus difficile que celle des sons purs, en raison, notamment, des effets de masque[5].

Ces études ont abouti aux constatations suivantes[6] :

Courbes isosoniques ISO R 226 - 2003
  • Les travaux de Fletcher et Munson[7], puis de Robinson et Dadson, Eberhard Zwicker (de) et autres ont établi les courbes isosoniques qui expriment la relation entre la fréquence d'un stimulus sonore continu et la perception de sa sonie. L'ISO a donné un tracé normalisé afin de pouvoir définir le phone, unité de l'expression de la sonie[8].
  • Un son fort masque un son plus faible, d'autant plus que la fréquence de celui-ci est proche. Le masquage s'étend plus vers les sons plus aigus que le son masquant.
  • La sonie dépend du type de champ sonore. Un son diffus, dont on ne situe pas la provenance, n'a pas la même sonie qu'un son localisable. Cette différence qui peut atteindre quelques dB en plus ou en moins dépend de la fréquence[9].
  • La sonie dépend aussi de la durée des stimulations. Notre oreille se comporte comme un détecteur à intégration exponentielle avec une constante de temps d'environ 100 ms. Au-delà de 200 ms, la sonie ne dépend plus de la durée[10].
  • Un son intense masque un son faible survenant moins de 200 ms après lui ou moins de 30 ms avant lui[11].
  • L'adaptation de l'audition au milieu est relativement lente. Après avoir été soumis à un niveau sonore élevé, l'organisme ne récupère que progressivement sa sensibilité maximale (voir Réflexe stapédien).

Dans un premier temps, l'Acoustical Society of America préconisa l'évaluation de la sonie par une pondération en fréquence de la valeur efficace de la pression acoustique. Les insuffisances de cette mesure, qui ne correspond pas toujours aux estimations faites par les sujets dans les expériences, ont amené Zwicker[12], puis Moore et Glasberg avec une simplification inspirée par Stevens[13], à proposer des méthodes d'évaluation plus précises, au prix d'une complication procédurale.

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