Brevet FR2494950A1 — publié le 19820528

L'invention concerne un dispositif qui améliore la qualité de la reproduction des messages sonores, en restituant l'impression d'écoute en champ libre, quand cette reproduction est réalisée, confinée ou canalisée au voisinage immédiat d'une ou des oreilles de l'auditeur, au moyen par exemple d'un casque. Actuellement, quand un message sonore est reproduit ou confiné ou canalisé à proximité immédiate des oreilles, l'auditeur éprouve l'impression d'une sonorité artificielle sèche et sans ampleur ; en outre il situe, mentalement, la source sonore à l'intérieur de sa boite crânienne. I1 existe des procédés présentés comme étant capables de combattre cette dernière impression. L'efficacité de ces procédés n'est, en général, pas jugée satisfaisante. Ces procédés impliquent une reproduction stéréophonique écoutée hi-auriculaire- ment. Ils consistent à envoyer vers chaque oreille le signal du canal correspondant auquel a été ajouté une partie du signal de l'autre canal. Suivant les auteurs, cette partie ajoutée doit préalablement subir ou un déphasage ou un filtrage ou un retard. On se propose, avec les dispositifs suivant l'invention d'apporter les trois améliorations indiquées ci-dessous 1) Dans le cas de l'écoute mono-auriculaire d'un signal monophonique les signaux acoustiques sont mieux reconnus et interprétés. 2) Dans le cas de l'écoute bi-auriculaire d'un signal monophonique il apparait en outre une impression de relief sonore. Les sources sonores semblent distinctes et situées à des distances variables dans l'image mentale de l'espace sonore ressentie par l'auditeur. Cette particularité procure à l'auditeur une meilleure impression artistique et une facilité appréciable de fixer éventuellement son attention sur telle ou telle source sonore. 3) Enfin dans le cas de l'écoute bi-auriculaire d'un signal stéréophonique, l'impression d'espace sonore devient analogue à celle ressentie sur le site de la prise de son. Un dispositif selon une réalisation préférée de l'invention est destiné à être insér entre un système de reproduction haute fidélité et un casque stéréophonique. Ce dispositif rassemble les moyens de synthétiser, plus ou moins fidèlement, les signaux complexes qui seraient reçus par les oreilles dans des conditions d'écoute en champ libre d'une reproduction stéréophonique ; c'est-à-dire qu'en répetant plusieurs fois les deux voies du message stéréophonique avec des retards et des amplifications appropriées, il peut simuler par sommation l'ensemble ou seulement partie des cinq phénomènes suivants 1) La perception directe par chaque oreille du son qui serait émis par chacun des canaux correspondants ; cette composante est affectée d'un retard nul. 2) La perception du son émis par les deux canaux après réflexion sur les épaules de l'auditeur ; le canal correspondant à l'oreille considérée Pst alors répété avec un retard de trois cent cinquante microsecondes, plus ou moins trente pour cent, tandis que l'autre canal est répété plusieurs fois avec des retards échelonnés entre cinq cents et mille deux cents microsecondes. 3) La perception du son émis par les deux canaux après diffraction sur le buste de l'auditeur. Pour simuler cet effet, le canal correspondant à ltoreil- le considérée est répété plusieurs fois avec des retards s'échelonnant entre quatre cents et huit cents microsecondes, tandis que l'autre canal devrait entre répété, si ce n'était déjà fait, avec des retards s'échelonnant entre cinq cents et mille deux cents microsecondes. 4) La perception par chaque oreille du son émis par le canal correspondant après diffraction le long des joues de l'auditeur. Pour simuler cet effet le signal de chaque canal est répété plusieurs fois, au bénéfice de oreille correspondante, avec des retards s'échelonnant dans la gamme de dis à quatre-vingts microsecondes. 5) La conduction directe du son depuis la face de l'auditeur Jusqut ses caisses tympaniques.t Dtte conduction s'effectuant par l'intermédiaire du sque- lette crânien ou de la trompe d'Eustache ou encore des globes oculaires. Cet effet ne fait pas intervenir un retard mais une opposition de phase assortie dtune amplification fonction de la fréquence,appliquée à la somme des deux canaux, avant que le signal résultant soit additionné avec l'amplitude convenable au signal complexe destiné à chaque oreille. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à l'aide de la description ci-après et de la figure unique jointe qui représente, à titre d'exemple, un dispositif selon une réalisation sing fiée et peu onéreuse de l'invention. Cette réalisation ne simule pas la diffraction du son sur les joues de l'auditeur et utilise des conduits acoustiques an tant qu'organes de retard. En dehors des éléments utilisés pour engendrer les retards, le dispositif comprend trois sommateurs S1 S2 et S3. Les deux sommateurs de sorties SI et S2 sont à trois entrées et conçus de telle sorte qu'un facteur de pondération dif férent est appliqué à chacune de ces trois entrées. Le sommateur S3 lui n'a que deux entrées qui sont toutes deux affectées du même coefficient de pondération égal à l'unité. Ce sommateur S3 est suivi d'un amplificateur C3 inverseur de phase et de gain variable avec la fréquence. Les deux entrées du dispositif selon l'invention reçoivent les signaux de sortie audio-fréquence d'un système quelconque de reproduction des sons, tels par exemple que les signaux de sortie des deux canaux d'une chaine stéréopho- nique. Ces signaux sont transmis respectivement aux sommateurs S1 et S2 ainsi qu'aux deux entrées des dispositifs de retard, enfin ils sont tous les deux appliqués aux entrées du sommateur S3. La sortie du sommateur S3 est appliquée, apres inversion de phase et correction en fonction de la fréquence aux sommateurs Sl et S2 qui reçoivent en outre les sorties des dispositifs de retards que l'on va maintenant décrire plus en détail. Deux mini-haut-parleurs Pg et Pd sont acoustiquement couplés à deux micro- phones Mg et Md par l'intermédiaire de quatorze conduits acoustiques T x y i dont les longueurs déterminent les retards de propagation : x et y pouvant représenter les lettres "g" ou "d" et i les nombres I à 4. Physiquement ces conduits acoustiques sont réalisés par des tuyaux de faible diamètre à parois internes souples, lisses et ne transmettant pas les vibrations mécaniques dans le spectre sonore ; c'est donc l'air contenu dans ces tuyaux qui assure la transmission du signal avec une vitesse de propagation de l'ordre de 330m/s. Chacun des mini-haut-parleurs est collé sur une paroi qui délimite avec la mea- brane du mini-haut-parleur un volume dit de couplage VI, V2. t'air contenu dents ce volume de couplage, dont les dimensions doivent être aussi réduites que pns- sible, est mis en communication avec l'air contenu à l'intérieur des conduits acoustiques. Cette mise en communication s'effectue au moyen de trous ménagés dans la paroi précitée, à travers les mailles d'une ou plusieurs couches de tissu, et par l'intermédiaire de diaphragmes.Les diaphragmes ont pour objet des contrôler 1 intensité relative du signal communiqué à chaque conduit acoustique; le tissu-a pour objet d'éviter la formation dans les tuyaux de régimes d'ondes stationnaires : c'est une charge acoustique qui doit être.adaptée à la structure des tuyaux; L'autre côté de la membrane de chaque mini-haut-parleur délimite un autre volume plus ou moins rempli d'absorbant et qui est mis en communication avec le milieu extérieur au moyen d'une charge acoustique dimensionnée pour amortir les résonances du volume de couplage. Les autres extrémités des tuyaux terminés par des charges acoustiques convenables délimitent avec les micropha- nes Mg et Md deux autres volumes de couplages V3, V4. Comme les premiers, ces volumes doivent être aussi réduits que possible leurs résonances sont amorties par une mise en communication avec le milieu extérieur au moyen d'une charge acoustique correctement dimensionnée. Les tuyaux Tddl à Tdd4 et Tggl à Tgg4 simulent la perception du son destiné à l'oreille considérée et réfléchi ou diffracté vers cette oreille par certaines parties du corps, -comme cela a été expliqué plus haut ; les tuyaux Tdgi à Tdg3 et Tgdl à Tgd3 simulent la perception du son destiné à l'oreille opposée et réfléchi ou diffracté vers l'oreille considérée par certaines parties du corps. Avant d'être utilisés les signaux issus des microphones subissent par l'intermédiaire des amplificateurs C1 et C2 une amplification dont la valeur dépend de la fréquence. Cette correction est rendue nécessaire par la structure souple des tuyaux qui se dilatent sous l'effet des variations de pression interne et ce au détriment de la transmission des basses fréquences. A titre d'exemple, on peut utiliser les valeurs suivantes pour les divers tuyaux tuyaux longueurs diamètre du diaphragme retards engendrés Tggl,Tddl 116 min 5 mm 350 ps Tgg2,Tdd2 133 mm 2,8 min 400 ps Tgg3,Tdd3 166 mm 2 mm 500 ps Tgg4,Tdd4 200 mm 1,6nom 600 ps Tgdl,Tdgl 200 mm 3,6 mm 600 Ms Tgd2,Tdg2 250 mm 3,6 min 750 ps Tgd3,Tdg3 300 min 3,6mm 900 ps il est évident que les autres moyens connus de retarder un signal conviennent et peuvent être utilisés. il n'a pas été jugé utile de décrire les dispositifs, très facilement dé duits de 11 exposé ci-dessus, destinés à transmettre, bi ou mono auriculairement, un message sonore monophonique. De même il est clair que les chiffres avancés dans l'exposé ci-dessus ne le sont qu'à titre indicatif et uniquement pour fixer les ordres de grandeur. Les dispositifs selon l'invention améliorent la qualité de toute audition réalisée au moyen d'un casque. A. ee titre, l'invention concerne l'industrie de la Haute Fidélité. En outre, comme un dispositif selon l'invention augmente sensiblement l'intelligibilité des communications vocales monophoniques reçues au moyen d'un casque ou d'un écouteur unique et que l'auditeur en éprouve un meilleur confort et une moindre fatigue, l'invention concerne toutes les industries exploitant ce mode de communication. REVENDICATION S 1 - Dispositif qui, à partir des signaux délivrés par au moins un canal d'un système de reproduction de sons, élabore, sur une ou deux voies, des synthèses de signaux dans le but de reproduire, de confiner ou de canaliser le message sonore délivré par ledit système au voisinage immédiat d'une ou des oreilles de l'auditeur tout en assurant à celui-ci l'impression d'une écoute plus naturelle, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ajouter, aux signaux du ou des canaux dudit système, les mêmes signaux répétés une ou plusieurs fois avec des retards et des amplitudes simulant la réflexion du son sur les épaules de l'auditeur et/ou la diffraction du son sur le buste et/ou les joues de l'auditeur. 2 - Dispositif selon la revendicationl, dans lequel le système de reproduction de sons est une source stéréophonique, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des premiers moyens pour ajouter au signal de chaque canal de ladite source le même signal retardé d'un retard R1 destiné à simuler la réflexion du son associé à ce canal sur l'épaule correspondant à l'oreille considérée et des seconds moyens pour ajouter au signal de chaque canal de ladite source le signal de l'autre canal, après qu'il ait été répété une ou plusieurs fois avec des retards Ri destinés à simuler la diffraction du son associé à cet autre canal sur l'épaule correspondant à l'oreille considérée. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent, en outre, des troisièmes moyens pour ajouter au signal de chaque canal de ladite source le même signal après qu'il ait été répété une ou plusieurs fois avec des retards Rj destinés à simuler la diffraction du son associé à ce canal sur le buste de l'auditeur. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent, en outre, des quatrièmes moyens pour ajouter au signal de chaque canal de ladite source le même signal après qu'il ait été répété une ou plusieurs fois avec des retards Rk destinés à simuler la diffraction du son associé à ce canal sur la joue correspondant à l'oreille consideree. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent, en outre, des cinquièmes moyens pour effectuer la somme des signaux des deux canaux de ladite source, pour appliquer au signal obtenu une inversion de phase ainsi qu'une correction d'amplitude fonction de la fréquence du signal et pour ajouter le résultat de cette opération avec l'amplitude convenable à la synthèse des signaux de chacune des deux voies. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit retard R1 est choisi égal à trois cent cinquante microsecondes, à plus ou moins trente pour cent, en ce que les retards Ri peuvent être choisis entre environ cinq cents et mille deux cents microsecondes, en ce que les retards Rj peuvent être choisis entre environ quatre cents et huit cents microsecondes et en ce que les retards Rk peuvent être choisis entre environ dix et quatre-vingts microsecondes. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il reçoit le message sonore sous forme acoustique et le restitue, traité, sous forme acoustique. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il reçoit le message sonore sous forme acoustique et le restitue, traite sous forme électrique. 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il reçoit le message sonore sous forme électrique et le restitue, traité, sous forme électrique. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait qu'il reçoit le message sonore sous forme électrique et le restitue, traité, sous forme acoustique.