Brevet FR2592735A1 — publié le 19870710

La présente invention concerne un dispositif destiné à rendre actif et dynamique l'ensemble d'un espace sonore a trois dimensions, pour des auditeurs répartis â l'intérieur ou au voisinage de cet espace sonore. Ce dispositif qui n'existait pas antérieurement sous forme de traitement numérique pour la commande de déplacements fictifs en trois dimensions par les coordonnés de la ou des sources audiofréquences, voit son intéret principal dans les domaines du spectacle, de la musique et de la diffusion acoustique. A cet effet, le message sonore est diffusé par des voies acoustiques composées chacune d'un couple amplificateur/enceinte acoustique, placées à l'intérieur ou sur la périphérie de l'es- pace sonore; chacune de ces voies acoustiques recevant un signal audiofréquence déterminé par l'opérateur C'est la comparaison des amplitudes respectives des signaux audiofréquences appliqués sur chaque voie acoustique qui definit la position virtuelle de la ou des sources audiofréquences perçues par les auditeurs. Pour déplacer la position virtuelle de cette ou de ces sources audiofréquences, l'opérateur définit et modifie cette position fictive, par divers moyens choisis par exemple, en fonction de la simplicité des appareilsmécaniques ou pour leur qualité ergonomique ou leur richesse musicale. Le dispositif, objet de l'invention, est celui par lequel la position virtuelle de la ou des sources audiofréquences per çues par les auditeurs, suit les mouvements de la position fictive (de la ou des sources audiofréquences) définie ou composée par l'opérateur. Le dispositif dans cette réalisation préférencielle peut gérer la position virtuelle de deux sources audiofréquences. L'invention s'étend aux systémes constitués de plusieurs dispositifs semblables, dont chacun fait mouvoir en même temps les différentes positions fictives des sources audiofréquences de plusieurs messages sonores distincts et simultanés. La description ci-dessous se rapporte à un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Cet exemple ne restreint pas la portée de l'invention, qui admet de nombreuses variantes, définies plus sommairement ci-dessous. Dans l'exemple choisi, l'espace sonore est délimité par un cube aux sommets duquel sont placés huit enceintes acoustiques peu directives, surtout en ce qui concerne les sons aigus, alimentées par huit amplificateurs couvrant toute la bande passante audiofréquence. La position virtuelle de la ou des sources audiofréquences est définie par ses coordonnées cartésiennes universelles x, y, z, toutes variables continûment de O à 1. Les coordonnées a, b, c, des voies acoustiques peuvent être toute combinaison des valeurs de O à 1. La figure 1 montre les éléments principaux de cette réalisation et les signaux électriques échangés entre ces éléments. Les signaux représentés par un double tracé sont des signaux analogiques audiofréquences, Le signal représenté en pointillé (14) est un bus;numérique. Le message sonore audiofréquence est fourni par exemple par l'une des trois sources suivantes : un synthétiseur (1) actionné en temps réel pendant l'audition, un magnétophone (2), un microphone (3) captant le son émis par des instruments. L'opérateur peut choisir la ou les sources audiofréquences parmi cette ou ces sources. Les données définissant, à chaque instant, la position fictive de la ou des sources audiofréquences sont établies à l'avance ou en temps réel. Ces données sont définies par l'opérateur, par exemple au moyen d'un ensemble mécanique (4), qui comporte une poignée pouvant être déplacée selon les trois dimensions et dont les mouvements sont captés par trois poten tiomètres délivrant en permanence les coordonnées fictives x, y,z, de la ou des sources audiofréquences. Dans le dernier cas cité ci-dessus, les coordonnées x, y, z, sont captées sous forme analogique et recueillies par des convertisseurs analogiques numériques (5). Ceux-ci délivrent, sur un canal commun numérique (14), une succession de "mots" de huit éléments binaires représentant alternativement chacune des trois coordonnées, l'ensemble étant répété à un intervalle de cinquante millisecondes au plus, estimé assez bref pour donner aux auditeurs l'impression d'une continuité dans le mouvement virtuel de la ou des sources audiofréquences, A partir des coordonnées x,y,z, de la ou des sources audiofréquences, un calculateur(13) établit en permanence par programme(7) les coefficients K par lesquels la modulation de la ou des sources audiofréquences doit être multipliée pour alimenter chacune des voies acoustiques, de sorte que la position virtuelle de la source audiofréquence perçue par l'auditeur suive bien les mouvements fictifs de cette source. Dans l'exemple de réalisation ici écrit, le calculateur (13) est un microcalculateur INTEL 8051 programmé pour calculer les coefficients K par l'une ou l'autre des formules suivantes: K = (x(2al)+1a)(y(2bl)+1b)(z(2cl)+1c) oû les paramètres a, b, c, désignent, comme il est indiqué ci-dessus les coordonnées de enceinte acoustique correspondante, chacune de ces enceintes acoustiques correspondant à une combinaison de valeur 0 ou 1 de chaque paramètre a,b,c. En effet, selon la première de ces formules, les amplitudes des modulations des voies acoustiques opposées sont complémentaires, chaque coefficient K variant linéairement quand la position fictive de la source audiofréquence se déplace d'une face à l'autre du parallélépipède représentant l'espace sonore. Selon la deuxième de ces formules, le coefficient multiplicateur K relatif à chaque voie acoustique ne dépend que de la distance de celle-ci à la position fictive de la source audiofréquence. Les huit coefficients K sont fournis à tout instant sous forme numérique, codés chacun à huit éléments binaires au moins, simultanément à huit multiplieurs(8), par l'intermédiaire d'un canal numérique commun(14). Chacun des multiplieurs réalise en permanence le produit d'un signal analogique provenant d'une source(l) (2) (3) audiofréquence par un coefficient numérique renouvelé aussi souvent que nécessaire. Le produit est disponible sous forme d'un signal analogique audiofréquence. Un tel multiplieur peut être couramment réalisé avec des composants disponibles dans le commerce, par exemple, sous l'appellation "amplificateur à commande numérique de gain" ; les références AD7528 et LF 347 sont utilisées ici. Chacun des signaux analogiques issus des multiplieurs (8) est transmis directement aux amplificateurs de puissance (9) qui alimentent les enceintes acoustiques (10). Dans la réalisation montrée ici, les coordonnées cartésiennes x, y, z, de la position virtuelle de la source audiofréquence peuvent toujours être visualisées par l'opérateur au moyen de "vu mètres" (6) et différents réglages (impédance, gain, polarité) peuvent être effectuées par l'utilisateur du dispositif. L'installation est complétée par un terminal (11), relié par une liaison numérique (15) de type "série", par lequel l'opérateur peut donner en temps réel diverses instructions au dispositif ou recevoir différentes données du dispositif. Cette liaison numérique (15) connectée par exemple à un micro ordinateur standard (11) permet d'effectuer une télécommande du dispositif. ou un télétraitement pour le dispositif (enregistrement de la position fictive, calcul par programme d'un mouvement complexe de la position fictive, etc...). Cette liaison numérique correspond à des normes usuelles répandues de transmissions numériques ( V24/RS232C, Minitel, M.I.D.I.). La description ci-dessus, qui correspond en fait à une première réalisation, n'exclut pas qu'un grand nombre de variantes soient également conformes à l'invention notamment au moyen d'extensions prévues sur le dispositif de départ par l'adjonction de connecteurs reliés aux principaux signaux du dispositif 12). Certaines de ces variantes sont relatives aux moyens mécaniques ou électriques utilisés pour produire les données de position fictive-de la source audiofréquence. D'autres peuvent porter sur la forme de l'espace sonore, sur l'enregistrement et la lecture de données sur un magnétophone (2), ou sur la disposition et le nombre des enceintes acoustiques. Par exemple, pour un auditoire placé entièrement face à l'espace sonore, celui-ci peut être limité à deux dimensions et l'ensemble est organisé pour traiter seulement deux coordonnées de la position fictive de la ou des sources audiofréquences. Il en est de même dans le cas où les auditeurs sont placés sur une profondeur telle que le déphasage des sons impose de répartir des enceintes acoustiques directives dans tout l'espace occupé par les auditeurs. Si l'espace sonore est de forme complexe ou si les enceintes acoustiques occupent des positions très différentes des angles du parallélépipède, les formules de calcul des coefficients multiplicateurs K peuvent être différentes de celles citées ci-dessus. D'autres variantes peuvent porter sur les moyens utilisés pour définir la position fictive de la ou des sources audiofréquences sans faire appel à un appareillage mécanique complexe. Par exemple, le calculateur(13) peut être programmé pour que des instructions symboliques simples, données en temps réel au moyen d'une seule touche du clavier du terminal (11), correspondent à des mouvements préalablement stockés dans la mémoire de programmes REVENDICAIONS dispositif programmé (7) à microprocesseur (13) de commande de diffusion sonore , comportant plusieurs voies acoustiques , chacune d'elles étant composée d'une enceinte acoustique (10) etd'un amplificateur (9) , commandant le dépacement de la position virtuelle où l'auditeur semble percevoir la ou les sources audisfréquences, , par la modification des amplitudes relatives des signaux électriques alimentant chacune des voies acoustiques , caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur lisant des convertisseurs analogiquesnumériques et pilotant des amplificateurs à gain commandé permettant que les mouvements virtuels dela ou des sources audiofréquences (1)(2)(3) reproduisent les commandes (1)(4) de l'opérateur sur au moins un des axes de coordonnées cartésiennes universelles x . y , z , (définissant une ou des sources fictives) en temps réel ou différé 2/ Un dispositif conforme à la revendication 1/ caractérisé en ce qu'il comporte des convertisseurs numériques-analogiques associés à des amplificateurs opérationnels configuré sur chaque voie en amplificateur à commande numé permettant que rique de gai;;es amplitudes des modulations des signaux alimentant chaque voie acoustique soient déterminées enpermanence par la multiplication d'au moins un signal analogique commun représentant la ou les sources audiofréquences , par des données codées sous forme numérique et représentant pour chacune des voies acoustiques un coéficient multiplicateur fonction des positions relatives fictives de la source audiofréquence et de la voie acoustique considérée, les multiplications (8) étant réalisées simultanément sur toutesles voies acoustiques 3/ un dispositif conforme à l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un microprocesseur avec une horloge rapide permettant que les coordonnées numériques décrivant la position relative fictive de la ou des sources audiofréquences soient renouvellées à des intervalles inférieurs à cinquante millisecondes 4/ Un dispositif conforme à l'ensemble des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données numériques correspondant à la position relative fictive de la ou des sources audiofréquences sont établies par un microprocesspurstandart à partir d'au moins une des coordonnées cartésiennes universelles x V y y, z, introduites dans un microprocesseur sous forme de train de trois mots de huit éiéments binaires , présentés alternativement sur un canal numérique commun (14) 5/ Un dispositif conforme à l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on a ajouté au moins une interface ( V24/RS232C MINITEL M.I.D.I. ) permettant la télé-commande complète du dispositif par un microordinateur (11) ou l'exécution par ce microordinateur (11) de calculs numériques importants éffectué à la place du système 6/ Un dispositif conforme à l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que les coordonnées cartésiennes universelles x, y, z de positionnement fictif de la ou des sources audiofréquences sont introduites soljsformes de signaux analogiques dans un amplificateur opérationnel suivi de filtre qui permettent le réglage (5) du niveauxJ de la polarité, de l'impédence , et la visualisation au moyen de vu-mètres (6)