La réverbération acoustique

La réverbération acoustique
Par Psycom le 12/01/2003

La réverbération est l'un des effets les plus couramment utilisés lors du mixage de la musique, qu'elle soit moderne ou classique. Seuls les morceaux purement électroniques, qui ne cherchent pas forcément le réalisme, échappent à cette règle. Nous allons expliquer les rouages de la réverbération acoustique dans ce dossier.

Chambre de réverbération La réverbération sert à donner l'impression que le morceau que l'on écoute chez soi (sur un support tel qu'un CD) est joué dans un endroit particulier (une salle de concert, par exemple). Cet effet peut rendre l'atmosphère plus chaude si la pièce dans laquelle la musique a été enregistrée étouffe trop les réflexions du son (par exemple dans une cabine acoustique isolée dans laquelle le musicien joue, et dont les murs ne réfléchissent que très peu le son). Enfin, la réverbération acoustique, accentuée ou modifiée artificiellement, peut être aussi la conséquence d'une recherche esthétique particulière lors du mix d'un morceau de musique.

Définition et histoire

Définition de la réverbération acoustique

Les sons, quelque soit le milieu dans lequel ils se propagent, subissent des réflexions sur les solides qui les entourent (sol, murs…). Ces réflexions sont fonction de nombreux paramètres : la forme et la matière des parois réfléchissantes, l'épaisseur de ces parois, la matière de ce qui se trouve derrière les parois réfléchissantes (gaz ou solide), et d'autres paramètres comme le niveau sonore de la source. L'ensemble des réflexions dans ce milieu s'appelle la réverbération.

La réverbération acoustique se divise en plusieurs phases : tout d'abord, les réflexions primaires sont provoquées par le retour de l'onde source après sa première réflexion sur les parois. Les réflexions secondaires, plus diffuses, arrivent dans un deuxième temps, après deux ou plusieurs réflexions, comme schématisé ci-dessous. Ces deux phases sont bien distinctes et apportent chacune une information différente à l'auditeur. Pour simplifier, l'oreille humaine utilise principalement la durée entre le son original et les réflexions primaires pour déterminer la taille de l'endroit qui l'entoure, alors que les réflexions secondaires lui indiquent surtout le type et la complexité du milieu dans lequel se trouve l'auditeur ainsi que sa distance à la source émettrice. On appelle communément " réverbération " ou " réverb " les réflexions secondaires, les réflexions primaires n'ayant pas de petit nom particulier.

Petite histoire de la réverbération acoustique

Nous venons de définir ce qu'est la réverbération dans un milieu en sous-entendant que celui-ci a été façonné par l'homme (par la présence de murs). Bien sûr la réverbération s'applique dans les milieux naturels, à partir du moment où l'on trouve des obstacles susceptibles de réflexions. Pourquoi insister sur les milieux acoustiques " artificiels ", c'est à dire créés par l'homme ? Pour la bonne raison que, la plupart du temps, on n'a pas accès à l'endroit où l'on voudrait enregistrer le son et sa réverbération, par exemple, si l'on veut une réverbération propre à une montagne. Notez que, dans ce dernier cas, l'onde se propage au loin et revient d'un coup, si bien que l'on parle plutôt d'un écho que d'une réverbération.

Dès le début de la création des studios d'enregistrement (dans les années 60), les ingénieurs du son avaient besoin d'un endroit où la réverbération était optimale : pas de durée trop longue pour éviter un flou acoustique, et pas trop courte pour ne pas donner un son trop froid, dénué de présence. Comme les processeurs d'effets numériques n'existaient pas encore, les créateurs des premiers studios avaient recours à plusieurs méthodes. La plus simple était de créer physiquement une salle qui jouerait le rôle de réverbération, appelée " chambre de réverbération ", qui est en fait une salle dont les murs sont très réfléchissants et équipée de diffuseurs, objets dont nous préciserons l'utilité plus loin.

Même avec l'utilisation de chambres de réverbération, certaines acoustiques ne pouvaient pas être réalisées. Or l'ingénieur du son peut avoir besoin de recréer la réverbération de milieux auxquels il ne peut accéder dans son studio d'enregistrement, par exemple l'acoustique d'une cathédrale. Les premières solutions étaient la chambre de réverbération, la réverbération à plaques (" plate reverb " en anglais, que l'on trouvait dans les amplis de guitare, par exemple), et à ressorts (communément appelée " spring reverb "). Puis apparurent les processeurs d'effets numériques qui ont réellement changé la donne en recréant - de manière plus ou moins fidèle - la réverbération de milieux acoustiques divers.

Je préfère vous le dire tout de suite, la réverbération acoustique est un effet très subtil et tout aussi complexe, si bien que parfois il est difficile pour l'oreille non avertie de sonder tous les détails de cet effet. Nous allons donc essayer de découvrir les différents aspects de la réverbération acoustique, pas à pas, quitte à exagérer l'effet pour mettre en avant ce qui en temps normal est discret et passe inaperçu. D'une part, je vous conseille d'utiliser des enceintes de bonne qualité pour discerner la finesse du traitement audio (évitez les catastrophiques enceintes multimédia de PC !). A défaut d'enceintes de monitoring, des enceintes de chaîne hi-fi devraient pouvoir faire l'affaire. Au pire, un casque ouvert peut être préférable à des enceintes de très basse qualité.

D'autre part, lors de l'écoute des sons, prenez garde de bien vous situer par rapport aux enceintes : à la bonne distance (un mètre pour des monitors de proximité, un peu plus pour des enceintes de chaîne hi-fi), à la bonne hauteur (les tweeters en face des oreilles) et votre tête formant un triangle équilatéral avec les enceintes. Enfin, si vous êtes puriste (ici, vous auriez raison), l'idéal serait de vous trouver dans une pièce dont les murs sont recouverts d'un tissu, ou bien d'utiliser un paravent recouvert lui aussi d'un tissu. Vous seriez alors placé entre les enceintes et ce paravent, tout ce manège étant fait pour optimiser l'écoute de la réverbération créée artificiellement en étouffant au maximum la réverbération naturelle de la pièce dans laquelle vous vous trouvez. Si vous suivez la plupart de ces conseils, vous serez dans les conditions optimales pour entendre au mieux les subtilités de l'effet de réverbération !

La réverbération numérique est rendue possible grâce à des algorithmes utilisés dans les logiciels ou les processeurs d'effets hardware. De la complexité de ces algorithmes dépend le réalisme de la réverbération acoustique. Une réverbération basée sur des algorithmes simples prend peu de temps machine, mais ne sonne pas très naturelle. Les modules comme le processeur d'effets numérique Lexicon PCM 91 sont quant à eux très consommateurs de temps de calcul (et également coûteux pour le portefeuille !) mais donnent des résultats incroyablement plus réalistes. La conclusion de tout cela, c'est qu'il existe un véritable panel de réverbérations différentes en terme de qualité et de fidélité. L'outil de réverbération de Sound Forge, il faut l'avouer, est loin d'atteindre la précision d'un processeur d'effets hardware haut de gamme, et possède des réverbérations de qualité moyenne pour les sons très dynamiques comme les percussions et honorable pour les sons plus longs comme la voix. Si vous désirez des réverbérations plus réalistes sous forme logicielle, je vous conseille de vous orienter vers des plug-ins signés Waves ou TC Works. Ici, nous nous servirons principalement des outils de Sound Forge, les paramètres d'une réverbération se ressemblant quelque soit le module utilisé (logiciel ou matériel), à quelques subtilités près.

Pour commencer, lancez Sound Forge, ouvrez un fichier audio de votre choix, de préférence celui d'un son assez dynamique, afin que l'effet de réverbération soit bien audible. Par exemple, des sons secs de percussion (attaque et relâchement rapides du son) donneront des résultats facilement interprétables. Vous pouvez utiliser le ficher " original.mp3 ". Allez dans le menu " Effects > Reverb " et vous voilà devant l'outil source d'une infinité de réverbérations différentes, images virtuelles de multiples types de salles. Nous allons en détailler les paramètres et en expliquer l'essence.

Je vous parlais tout à l'heure des réflexions primaires et secondaires. Dans l'outil de réverbération de Sound Forge, vous pouvez régler simplement les niveaux relatifs du son d'origine avec celui de ces deux types de réflexions à l'aide des trois premiers curseurs " dry out ", " reverb out " et " early out ", correspondant respectivement au niveau du son d'origine, des réflexions secondaires et des réflexions primaires. Ces paramètres semblent basiques au premier abord, mais leur dosage est en fait capital et il faut les régler en finesse puisque, entre autres, ils déterminent psychoacoustiquement l'endroit où se trouve le musicien par rapport à l'auditeur. Si vous mettez une réverb avec un niveau de réflexions primaires médium et des réflexions secondaires faibles, l'auditeur aura l'impression d'être relativement proche du musicien. Si au contraire vous mettez beaucoup de réverb et peu de réflexions primaires, le musicien semblera lointain. Pour prendre un exemple assez extrême, dans " Something in the way " de Nirvana, la voix est tellement sèche (" sec " signifiant en acoustique " sans effet ") qu'une écoute au casque donne l'impression que Kurt nous parle à l'oreille. Troublant, n'est ce pas ?

L'utilisation des trois faders cités précédemment peut être très instructive. Sur le son " original.mp3 ", choisissez d'appliquer la réverb " dense room ". L'effet est suffisamment fin pour que certains se demandent s'il y a vraiment un effet ajouté au son, d'autant plus que l'effet est appliqué à un faible niveau. Vous pouvez alterner l'application ou non de l'effet en cochant " bypass " et en écoutant le son en boucle pour essayer de discerner le subtil de la réverbération. Si vous n'entendez toujours pas de différence, pas de honte à cela, c'est seulement que votre oreille n'est pas encore éduquée à écouter ce qu'elle a toujours trouvé normal d'entendre ! C'est généralement l'absence de réverbération que l'oreille remarque !

Uniquement les réflexions primaires En guise d'expérimentation, abaissez les curseurs " dry out " et " reverb out " au minimum et ne gardez que " early out ". Que remarquez-vous ? Que le même son original paraît venir de droite et de gauche et plus du tout du centre, l'image spatiale du son ayant considérablement augmenté. Je vous laisse deviner pourquoi… Vous avez trouvé ? Il s'agit des réflexions du son sur les murs qui vous entourent virtuellement ! Imaginez-vous assis sur deux enceintes se tournant le dos, qui émettent à droite et à gauche. Vous êtes dans une pièce rectangulaire de deux mètres de large. Vous entendez peu le son émis directement par les enceintes (surtout dans les aiguës), en revanche vous percevez le retour de ce son sur les murs qui vous entourent. C'est à peu près la même chose que vous remarquez ici, avec Sound Forge. Vous pouvez écouter le résultat en écoutant le fichier " early_only.mp3 ".

Uniquement la réverbération Bien, vous avez à présent bien discerné la partie " réflexions primaires " du son. Passons aux réflexions secondaires. Pour cela modifiez le rapport entre les différents niveaux comme montré sur le schéma à droite, en prenant soin de ne pas mettre au maximum le niveau de réverbération sous peine de saturation. C'est principalement sur cette partie de l'effet que l'on entend les limites de l'outil de réverbération de Sound Forge. Le son de la réverbération - à mon goût, et à celui de nombreux ingénieurs du son - est moyennement beau. Il lui manque ce que l'on appelle la densité, résultat direct du facteur de diffusion de la salle, phénomène que j'explique dans le paragraphe suivant. Le résultat est audible sous le nom " reverb_only.mp3 ".

Le paramètre " Reverberation mode " correspond à des présélections définissant un ensemble de choix faits par les développeurs de Sound Forge. Elles définissent entre autres la diffusion du son (c'est à dire si les réflexions sont nombreuses et diffuses ou non) et selon quels schémas acoustiques sont produites les réflexions. La diffusion acoustique est un phénomène moins évident qu'il n'y paraît. Prenons deux exemples très simples : vous chantez dans une pièce carrée dont les murs en béton sont lisses et sans autre objet dans la pièce. Les réflexions de votre voix sur les murs seront essentiellement primaires (le genre d'écho très court expliqué ci-avant) et précises : vous entendez un écho presque aussi intelligible que ce que vous avez prononcé en chantant, un peu comme si un perroquet répétait plus vite que son ombre ce que vous chantez... Dans ce cas, la diffusion est faible. Dans un second exemple, vous chantez dans une cathédrale. Etant donnés la taille de l'endroit dans lequel vous chantez et surtout le grand nombre d'objets rencontrés par l'onde sonore, celle-ci va se diviser en de multiples petites réflexions qui vont elles-mêmes " rebondir " sur tous ces objets, à tel point que le son, en revenant vers l'auditeur, sera extrêmement diffus. C'est typiquement le genre de réverbération acoustique que l'on entend dans les églises. Petite parenthèse à propos de la diffusion, notion que vous cernez à présent plus précisément : dans les studios et salles de concert, on trouve souvent des diffuseurs. Il s'agit d'irrégularités dans les parois qui " cassent " les réflexions en les renvoyant de manière bien plus chaotique qu'un mur lisse. Ainsi, la réverbération que perçoit l'auditeur provient de multiples sources ce qui rend le son plus diffus et doux : c'est ce que l'on appelle la densité de la réverbération. D'autre part, on évite, grâce aux diffuseurs, certains effets acoustiques non désirés, comme les nœuds acoustiques (endroits de la pièce où l'on entend rien du fait de la présence de deux ondes opposées qui s'annulent au point précis où l'on se trouve).

Je vous le disais tout à l'heure, les réflexions primaires sont celles qui déterminent l'impression de distance entre l'auditeur et les murs qui l'entourent. Comment calcule-t-on la distance entre les murs et l'auditeur ? C'est très simple. Le son se déplace à 340 mètres par seconde. La distance D entre l'auditeur et le mur se calcule par le temps T de déplacement de l'onde entre l'auditeur et ce mur multipliée par la vitesse V de cette onde. Comme l'onde, pour être entendue par l'auditeur, fait le trajet auditeur-mur et mur-auditeur, la distance D se calcule par :

D (mètres) = V (mètres / seconde) * T (secondes) / 2

Vous avez à disposition, dans l'outil de réverbération de Sound Forge, une liste de réflexions primaires, accessibles par la liste " Early reflexion style " sous forme de modes. En mode 1, les réflexions primaires arrivent à l'auditeur en 6 ms, ce qui correspond à une pièce de un mètre de chaque côté de l'auditeur (un véritable trou à rat !). En mode 4, la pièce approche 2,7 mètres de part et d'autre de la personne (on commence légèrement à respirer !), et en mode 6, six mètres, ce qui nous fait une petite cathédrale. Notez enfin la présence de quatre modes spéciaux (de 7 à 10) qui permettent de changer le panoramique des réflexions primaires, à gauche où à droite. Cela correspond physiquement à un auditeur plus proche d'un mur que de l'autre. Afin de mettre en avant ce phénomène, choisissez une réverbération moins discrète (" Medium Hall ", par exemple) sur le son et n'hésitez pas à augmenter le niveau relatif des réflexions primaires si besoin est pour bien entendre le résultat, comme sur la figure ci-dessous (disponible dans " pan_right.mp3 ").

Passons au paramètre suivant. La valeur du curseur " Decay time " définit la durée de la réverbération. Mathématiquement, la durée de la réverbération est inversement proportionnelle à ce que l'on appelle le facteur d'amortissement d'un milieu. Physiquement, ce facteur est principalement fonction du caractère réfléchissant des parois, ainsi que des matériaux présents derrière celles-ci, mais aussi du niveau de la source. Enfin, le facteur d'amortissement n'est pas le même selon la fréquence du signal. Les sons aigus se réverbèrent plus que les basses qui ont tendance à traverser les parois. Par contre, l'énergie des sons aigus étant plus faible que celle des sons graves, il arrive souvent que les harmoniques aiguës d'un son n'atteignent même pas les parois. Vous l'avez compris, étant donné le nombre de facteurs mis en jeu, déterminer un algorithme qui simulerait parfaitement la réverbération d'une pièce réelle relève du miracle.

Revenons au paramètre de " decay time ". A titre d'exemple, vous pouvez écouter les échantillons 1seconde.mp3 et 5secondes.mp3. Vous entendez au passage ce que j'appellerais des " impuretés ", qui sont en fait la conséquence d'une diffusion faible. En guise de comparaison, je vous ai également enregistré les sons précédents non plus avec la réverbération de Sound Forge, mais avec les plug-in Native Reverb de TC Works et TrueVerb de Waves. Ils se nomment 1seconde_tc.mp3, 5secondes_tc.mp3 et 1seconde_waves.mp3, 5secondes_waves.mp3 respectivement.

Vous pourriez vous demander pourquoi il ne nous est pas donnée la possibilité de modifier le panoramique de la réverbération, c'est à dire sa position dans l'espace, alors que l'on peut le faire sur les réflexions primaires (à l'aide du menu " early reflexion style "). La réponse, c'est notre ami Monsieur Wallace Clement Sabine, physicien américain du début du vingtième siècle, qui peut nous la donner : la durée de la réverbération est la même quelque soit l'endroit où se trouve l'auditeur dans la salle, ceci étant dû au fait que l'énergie est uniformément répartie dans le milieu. Ce Monsieur est également à l'origine de la loi qui porte son nom et qui permet de déterminer la durée de réverbération d'une salle en fonction de ses paramètres.

La valeur du curseur " Pre-delay " définit la durée entre le son initial et ses premières réflexions. Les cas réels présentant un pré-délai élevé sont ceux de la montagne dont je parlais en début d'article. On peut aussi vouloir utiliser la réverbération dans un but esthétique sans rechercher nécessairement le réalisme. Essayez par exemple de mettre le pré-délai à 180 millisecondes (predelay180ms.mp3) sur la boucle. L'auditeur a l'impression d'entendre l'écho propre à un hangar très grand. Le fait d'avoir choisi cette valeur de pré-délai fait que cet écho est synchronisé avec la rythmique, effet plutôt intéressant et sympathique. On peut également entendre cet effet sur le morceau composé par Eric Serra " Tipokmop / The Dark Side of Time ", tiré de la bande originale du film Nikita.

En abordant les deux prochains paramètres, nous touchons à une propriété importante de la réverbération acoustique réelle. Il s'agit des curseurs " Attenuate bass freq. " et " Attenuate high freq. ". Dans une réverbération réelle, le phénomène d'amortissement n'agit pas de la même manière selon la fréquence de l'onde qui touche les parois, comme expliqué plus tôt. Dans Sound Forge, il s'agit de filtres passe-haut et passe-bas, à la différence qu'au lieu de s'appliquer au son réverbé final, il s'ajoute après que l'algorithme a calculé chaque réflexion de cette réverbération, comme expliqué dans le schéma à droite. De la même manière, les matériaux des murs peuvent absorber les basses fréquences. Le filtre passe-haut présent dans l'outil de réverbération de Sound Forge permet de simuler ce facteur.

Chaque réflexion sur une paroi s'accompagne d'une perte d'énergie, dépendant des fréquences présentes dans le signal. Un passe-bas appliqué à chaque réflexion permet de simuler cette perte. L'effet est bien différent d'un passe-bas que l'on mettrait à la suite de la réverbération, puisque, ici, il s'applique de manière récursive.

Passons à un cas concret plus ludique et à but esthétique. Comme je vous le disais au début de cet article, la réverbération peut être utilisée de manière artificielle, pour donner un effet spécial au son. Dans les années 80, il était très à la mode de faire suivre la réverbération d'une porte de bruit dont le seuil était très élevé. L'effet se caractérise par une réverb dense qui s'arrête brusquement. On l'appelle couramment " Gated Reverb ". Cela donne un genre de punch au son, surtout sur les percussions. On peut trouver par exemple cet effet dans " Missionary man " du groupe Eurythmics, sur la caisse claire. Essayons de reproduire cet effet par nous-mêmes. Dans Sound Forge, rechargez le son " original.mp3 ".

Lancez l'outil de réverbération en allant dans le menu " Effects > Reverb " puis réglez les paramètres comme le montre la figure à droite. Pour éviter de rendre la rythmique diffuse et artificielle, nous allons appliquer l'effet de réverbération, traiter le résultat dans la porte de bruit et l'ajouter ensuite sur le son d'origine. C'est pour cela que nous ne gardons du signal que la réverbération. J'ai désactivé le passe-bas pour garder toute la brillance de la réverbération artificielle que nous allons créer. J'ai choisi le mode de réverbération " Warm Space " car il met en jeu une densité de réverbération meilleure à mon goût. J'ai mis la durée de la réverbération (" decay " en anglais) à deux secondes. Une durée plus longue aurait posé problème car la porte de bruit serait restée enclenchée trop longtemps (vous allez le comprendre dans la phase suivante) et une durée trop courte aurait eu pour conséquence que la réverbération, après porte de bruit, aurait été vraiment trop courte. Enfin, le pré-délai est de durée nulle afin d'apporter le maximum de réverbération immédiatement après audition des percussions du son d'origine (gated1.mp3).

Vous avez à présent un son complètement flou. Lancez l'outil de porte de bruit dans Sound Forge en allant dans " Effects > Noise Gate ", puis réglez ses paramètres comme dans la figure ci-après. Le seuil de déclenchement est assez haut ce qui permet au noise gate de couper la réverbération lorsque le niveau de celle-ci devient moyennement élevé. L'attaque est très courte, choix adapté aux percussions, le relâchement est assez court pour mettre le côté " haché " en avant.

Sauvez votre fichier sous un autre nom (gated2.mp3). Faites ensuite un " Control + A " pour tout sélectionner, suivi d'un " Control + C " pour tout copier. Rechargez le son original.mp3 et allez dans le menu " Edit > Paste Special > Mix ". Choisissez le preset " 50/50 mix " et remontez le niveau du son original.mp3 à 0 dB. Vous obtenez un son particulièrement puissant !

Conclusion

La réverbération acoustique a fait l'objet de nombreuses recherches au fil des temps. Exposer de manière exhaustive un phénomène aussi complexe en un article de quelques pages est bien évidemment illusoire. Cependant, après avoir défini précisément ce qu'est la réverbération, après avoir décomposé celle-ci à la fois en théorie et en pratique, et après avoir compris l'ensemble des éléments qui la composent et qui la sculptent, je ne doute pas que vous serez à même d'utiliser cet effet avec beaucoup plus de justesse et de précision dans les mix de vos morceaux. La réverbération ne devrait plus vous sembler être un effet marginal lors d'un mix. L'espace sonore, qui en dépend en grande partie, est essentiel pour paraître naturel.

Les plug-ins plus évolués que l'outil de réverbération de Sound Forge, comme le Waves TrueVerb ou le Native Reverb de TC Works, permettent d'obtenir des réverbérations plus finement travaillées. On peut notamment choisir la taille de la pièce, sa forme, la diffusion, le caractère " chaleureux " ou " froid " de la pièce.

Philippe Raynaud / Psycom

NB : les extraits audio sont tirés d'un morceau appartenant au rédacteur de cet article.