Filtre plat, un affaiblissement uniforme sur toutes les fréquences

Pourquoi, pour qui ?

Le filtre plat, un filtre acoustique à atténuation uniforme sur l’ensemble des fréquences.

Également appelé « filtre plat » les filtres à réponse uniforme, sont conçus pour réduire le niveau sonore de manière égale sur l’ensemble des fréquences audibles. Cette caractéristique permet de diminuer le volume global sans altérer la qualité ou la clarté du son perçu. Ainsi, les utilisateurs peuvent entendre de manière naturelle les conversations, la musique ou les signaux d’alerte avec une fidélité sonore préservée, mais à un niveau sonore réduit.

Ces filtres sont particulièrement recommandés pour les situations où la perception précise des sons est essentielle, comme :

• Les musiciens et les professionnels du spectacle : Ils peuvent jouer ou assister à des performances tout en protégeant leur audition sans compromettre la qualité sonore.
• Les techniciens de maintenance : Ils doivent souvent ajuster des machines à l’oreille et ont besoin d’une reproduction sonore fidèle.
• Les environnements de travail nécessitant une communication claire : Les filtres permettent aux salariés de communiquer oralement de manière efficace tout en étant protégés du bruit ambiant.
• Les salariés qui doivent percevoir des signaux d’alerte : Ils permettent de moins masquer les signaux d’alerte que les filtres conventionnels ce qui peut se révéler important soit pour la sécurité soit pour la bonne marche de l’activité.
• Les employés dont l’audition est altérée : Les employés dont l’audition est diminuée soit par l’âge (presbyacousie) soit par l’exposition au bruit perçoivent moins bien les fréquences aigues. Les filtres conventionnels ont la particularité d’affaiblir très fortement les fréquences aigues aggravant la perte auditive des salariés concernés. En équipant leur protection auditive de filtres plats cela leur permet de continuer à pratiquer leur activité (si la perte auditive n’est pas trop importante), dans le cas contraire ils risquent d’être totalement « coupés » de leur environnement avec le handicap et les risques que cela suppose.

La technologie du filtre plat

L’oreille humaine amplifie naturellement les fréquences aiguës en raison de sa structure anatomique. Cette amplification se produit principalement grâce à la forme du pavillon de l’oreille, du conduit auditif externe, et des mécanismes de résonance dans cette région. Voici les principales raisons :

1 – Structure du pavillon de l’oreille :
Le pavillon agit comme une antenne qui capte et dirige les sons vers le conduit auditif. Il est particulièrement efficace pour amplifier les fréquences comprises entre 2000 et 5000 Hz, qui correspondent aux fréquences aiguës importantes pour la compréhension de la parole.

2 – Résonance du conduit auditif :
Le conduit auditif agit comme un tube résonant d’environ 2,5 cm de long. Il amplifie naturellement les sons dans la gamme de 3000 à 4000 Hz, qui incluent les sons des consonnes, essentiels à la reconnaissance des mots.

3 – Importance des fréquences aiguës dans la communication :
Les fréquences aiguës contiennent des informations critiques pour discerner les sons de la parole, comme les consonnes (s, f, t, etc.). L’oreille humaine a évolué pour privilégier ces fréquences afin d’améliorer la compréhension et la communication.

4 – Propriété mécanique de l’oreille moyenne :
Les osselets de l’oreille moyenne (marteau, enclume, étrier) transmettent les vibrations sonores vers l’oreille interne avec une légère amplification des hautes fréquences. Cette transmission favorise les sons utiles pour la perception des détails.

Cette amplification naturelle des fréquences aiguës est une adaptation fonctionnelle qui optimise l’audition humaine, en particulier pour la compréhension de la parole et l’interaction sociale.

Le port d’un protecteur auditif vient perturber cette amplification, faites un test en vous bouchant simplement les oreilles avec les doigts, vous constaterez que tous les sons vous arrivent de manière sourde, les fréquences aigües ayant en grande partie disparues.

Les protections auditives munies de filtres acoustiques sont souvent équipées de filtres conventionnels. Ces filtres se présentent généralement sous la forme d’un tube qui laisse passer l’air et donc les ondes sonores. En maitrisant par une équation la longueur et le diamètre intérieur de ce tube qui peut être plus ou moins complexe, on parvient à affaiblir plus ou moins le volume de bruit et à proposer une gamme de filtres permettant de répondre aux besoins des utilisateurs.

Ces filtres présentent un inconvénient majeur : En laissant passer l’air et les ondes sonores ils génèrent une fuite acoustique qui rend plus difficile l’affaiblissement sur les basses fréquences.

Pour éviter cette distorsion, le filtre plat a été inventé par Elmer Carlson en 1970 pour préserver la qualité sonore en atténuant de manière égale toutes les fréquences, une caractéristique essentielle pour les musiciens et les professionnels exposés à des environnements sonores forts mais complexes.

Le filtre a réponse uniforme est généralement composé d’une fine membrane étanche.

Cette membrane a deux fonctions qui viennent gommer les inconvénients des filtres conventionnels :

1. L’étanchéité permet d’affaiblir les basses fréquences offrant un bien meilleur résultat sur celles-ci
2. Elle réamplifie les moyennes et surtout les hautes fréquences pour rééquilibrer le spectre sonore.

Nous pouvons constater cette double fonction du filtre plat avec la courbe rose ci-dessus.

Comment choisir un filtre plat

L’uniformité de ces filtres est généralement mesurée en soustrayant la valeur « L » (moyenne des affaiblissements sur les basses fréquences) à la valeur « H » (moyenne des affaiblissements sur les basses fréquences). Le résultat indique la « pente » d’affaiblissement du filtre.

Plus la pente (H – L) est proche de zéro, plus le filtre est plat.

Une autre méthode le Spectral Flatness Index apporte un moyen de sélection et de comparaison encore plus précis et juste, plus l’indice est proche de zéro meilleur est le filtre en terme de reproduction fidèle de l’environnement.

3 exemples de protecteurs sur mesure mis en avant comme « plat » par leurs fabricants :

Modèle	SNR	H	M	L	Pente	SFI
Elacin RC21	21	21	21	20	1	2,05
Cotral Green K	20	18	19	19	1	1,54
Earow EarTech Flat 15Ai	18	21	14	11	10	7,81

3 exemples de bouchons universels :

Modèle	SNR	H	M	L	Pente	SFI
3M EARSoft FX Neons	34	33	33	30	3	4,55
Elacin ST24	25	25	23	22	3	2,16
Earow EarTech S 25Ai	24	24	20	20	4	5,46

Précautions

Fragilité

La fine membrane qui est l’élément clé du dispositif est extrêmement fragile. Elle doit donc être impérativement protégée contre les agressions physiques éventuelles mais également contre la poussière et l’eau. Certains filtres sont « ouverts » à toutes ces agressions il conviendra d’être extrêmement précautionneux, pas d’eau, pas de poussière, pas de nettoyage agressif. D’autres sont protégés contre les agressions et étanche à l’eau et à la poussière.

Une confusion existe dans l’appellation des filtres à réponse uniforme.

La terminologie « filtres linéaires » est parfois utilisée à tort pour décrire ces filtres. Si l’on peut imaginer que l’aspect « linéaire » laisse présupposer quelque chose de plat, dans la réalité le filtre « linéaire » décrit un filtre dont le niveau d’affaiblissement est toujours le même quelque soit le niveau sonore environnant, par exemple un filtre qui atténue de 25dB de SNR apportera un affaiblissement de 25dB à 65dB(A) comme à 120dB(A). La grande majorité des filtres sont dans ce cas.

Il existe une autre gamme de filtre dit « non linéaire », ces filtres ont la particularité d’affaiblir plus ou moins fortement selon le niveau sonore. Il sont également appelés  « filtre anti-impulsionnels »

Ce qu’ils en disent :

L’INRS

Ils sont à privilégier lorsque la perception de l’environnement sonore est importante (parole, bruit de fonctionnement de machine nécessaire à l’opérateur, signaux d’alarme) nous indique l’INRS dans son guide de choix¹

Les protections individuelles présentent l’inconvénient de perturber la perception sonore par l’opérateur de son environnement et il faudra souvent privilégier celles qui apportent une atténuation plate (constante en fréquence)².

Norme EN458

La norme EN458³ (Protecteurs individuels contre le bruit – Recommandations relatives à la sélection, à l’utilisation, aux précautions d’emploi et à l’entretien – Document guide) à destination des prescripteurs et entreprises utilisatrices de PICB indiquent les situations dans lesquelles le filtre plat est préférable à une filtration classique.

• Les personnes qui présentent une perte d’audition peuvent trouver que l’utilisation de protecteurs individuels accroît leurs difficultés d’audition. Généralement, un protecteur individuel contre le bruit à affaiblissement plat peut améliorer la situation.
• Lorsque l’identification de sons tels que les signaux avertisseurs de danger est indispensable, il peut être préférable d’utiliser des protecteurs individuels contre le bruit passifs à profil d’affaiblissement plat.
• Généralement, en cas d’utilisation de protecteurs individuels contre le bruit passifs, l’intelligibilité de la parole est améliorée lorsque l’affaiblissement est plat en fréquence.
• Pour les musiciens et le public, un affaiblissement aussi plat que possible est souhaitable.
• Lorsque l’identification de sons tels que la parole est essentielle, il est nécessaire de choisir avec soin la valeur d’affaiblissement de façon à garantir un équilibre satisfaisant entre intelligibilité de la parole et protection (en prenant en compte une éventuelle surprotection). L’utilisation de protecteurs individuels contre le bruit à profil d’affaiblissement plat peut être préférable.

Sources

¹ Les protections auditives – Guide de choix – ED 6510 – INRS – 09/2023

² Bruit au travail : de l’évaluation à la prévention des risques – INRS – 03/2019

³ Norme EN458 – Protecteurs individuels contre le bruit – Recommandations relatives à la sélection, à l’utilisation, aux précautions d’emploi et à l’entretien – Document guide