Brevet FR2839602A1 — publié le 20031114

Dispositif de reproduction sonore stereophonique dans un vehicule et vehicule ainsi equipe. La presente invention est destinee a ameliorer la reproduction sonore en stereophonic dans le cas ou les auditeurs ne vent pas situes a egale distance des haut-parleurs gauche et droit, et principalement dans les vehicules automobiles. En effet, dans une automobile classique, les emplacements respectifs des sieges et des haut-parleurs font que l'auditeur ntest jamais situe a egale distance des haut-parleurs gauche et droit sauf s'il s'installe au milieu de la banquette arriere. Ainsi, la reproduction stereophonique qui impose que l'auditeur soit situe a egale distance des deux enceintes droite et gauche est done theoriquement impossible en voiture, aux places couramment utilisees. La theorie est d'ailleurs largement confirmee par l' experience car, en voiture, le son para1t le plus souvent provenir du haut-parleur le plus proche de l'auditeur. Plus precisement, les sons qui proviennent du haut-parleur le plus proche de l'auditeur vent d'une part les composants de l' image sonore situes du cote de la scene sonore correspondent a ce haut-parleur ce qui est normal, mais en outre, ceux qui devraient etre situes au milieu de la scene sonore, ce qui ne l'est pas du tout. Seuls les composants de la scene sonore situes du cote oppose vent (du moins sur des installations d'une certaine qualite), correctement percus en provenance de la zone du haut parleur le plus eloigne. Le probleme est done de reproduire correctement les sons situes au centre de la scene sonore dont le caractere est essentiellement monophonique. En Hi-Fi automobile, la reproduction stereophonique est jugee correcte lorsque le centre de l' image sonore est situe -2 entre l'axe de symetrie du vehicule et l'axe du fauteuil du conducteur. Lorsque le vehicule possede un ecran video au milieu du tableau de bord, il est preferable que le centre de l' image sonore semble provenir de l'ecran. Lorsque le vehicule possede des ecrans video incorpores aux sieges avants et destines aux passagers arrieres, il est preferable qu'a l'arriere du vehicule, le centre de l' image sonore soit situe face aux auditeurs. Lorsque le vehicule ne possede pas d'ecran video, deux positions vent theoriquement defendables, soit en face de l'auditeur soit dans l'axe de symetrie du vehicule. Dans la pratique, un positionnement intermediaire est un bon compromis. Afin d'ameliorer la qualite de l' image sonore produite par les configurations classiques, plusieurs solutions ont ete proposees qui peuvent se crasser en deux grandes categories: d'une part les solutions symetriques qui mettent le conducteur et le passager sur un pied d'egalite et d'autre part les solutions asymetriques qui privilegient un auditeur (en general le conducteur) par rapport a l'autre. Les solutions symetriques connues vent principalement au nombre de trots: - l' installation dun haut-parleur de vole centrale reproduisant la somme des canaux droit et gauche -la configuration bi-stereo qui a fait ['objet de la demande de brevet francais N 2 495 883 - la configuration SeatBox qui a fait ['objet de la demande de brevet francais N 2 808 407 L' inconvenient des deux premieres solutions est qu'elles requierent au minimum ['installation d'un haut-parleur supplementaire. La troisieme solution qui preconise l 'installation des haut-parleurs sous les auditeurs ne regle pas le probleme des vehicules existants, et n'est pas touj ours realisable. -3- Les solutions asymetriques connues vent au nombre de deux. La premiere qui a fait ['objet d'une demande de brevet francais N 2.599. 581 consiste a installer un haut-parleur en position centrale et a lui faire reproduire l'un des canaux stereophoniques, l'autre canal etant reproduit par les haut- parleurs exterieurs. Cette solution est asymetrique car la stereophonic est obligatoirement inversee pour un des deux auditeurs. Son principal inconvenient est de requerir un haut-parleur supplementaire. La seconde qui est la plus employee consiste a retarder le signal d'un des canaux d'une fraction de seconde egale au temps mis par le son pour parcourir la difference de distance entre l'auditeur et les deux haut-parleurs droit et gauche. Cette solution a pour consequence d'eloigner virtuellement le hautparleur correspondent au canal retarde et ainsi de placer l'auditeur au centre de cette configuration virtuelle. Cette solution donne le plus souvent un bon resultat pour l'auditeur proche du canal retarde car le centre de l' image sonore se retrouve pour lui proche de l'axe de symetrie du vehicule mais ce resultat stobtient au detriment de l'autre auditeur qui volt le haut-parleur le plus eloigne s'eloigner encore plus... La presente invention se propose dobtenir une image sonore correcte a partir d'emplacements de haut-parleurs conventionnels. Wile a l'avantage de ne requerir aucun haut- parleur supplementaire, et d'effectuer soit une correction symetrique, soit une correction asymetrique en fonction du resultat recherche. En outre, elle agit par un traitement du signal qui peut etre effectue par un DSP deja affecte a d'autres taches, c'est a dire que son cout industrial peut etre tres faible, voir nul. Il est couramment admis que dans un vehicule, si le son paralt le plus souvent provenir uniquement du haut-parleur le -4 plus proche de l'auditeur, ctest que le haut-parleur le plus proche est forcement celul qu'on entend le mieux. En realite, les choses ne vent pas si simples. En effet, lorsquton retarde le signal d'un canal selon une methode que l'on a evoque plus haut, le centre de la scene sonore vient, pour l'auditeur le plus proche du canal retarde, se placer dans une position proche de l'axe de symetrie du vehicule, et sans pour cela avoir a modifier le reglage de balance. Ce n'est done pas, contrairement a ce qutil est couramment admis, le niveau du signal parvenant a l'auditeur qui rend omnipresent le hautparleur qui lui est le plus proche. Et, une ecoute attentive a permis d'assimiler le phenomene a une ecoute stereophonique en phase inversee. En effet, lorsquon inverse la phase dun des canaux dans une installation stereophonique domestique, l' image sonore est detruite et le son est focalise sur les haut-parleurs. Et, lorequ'on s'ecarte lateralement de la position normale d'ecoute, le son a tendance, sur les modulations a caractere monophonique, a se focaliser sur le haut-parleur le plus proche. D'ou la supposition que dans un vehicule, il se produisait aux endroits d' ecoute, d' importants phenomenes de conflit de phase acoustique produisant un effet similaire a celui de l' inversion de phase electrique. En effet, ces conflits existent et ils peuvent etre mis en evidence par des moyens relativement simples. Il suffit pour cela de faire deux releves de courbes de reponse. Le premier avec les deux haut-parleurs en phase et le second avec les deux haut-parleurs hors phase. Il y a suspicion legitime de conflit de phase loreque le niveau de la courbe hors phase depasse celui de la courbe en phase. La figure 1 reproduit le comportement de la configuration des hautparleurs d'origine situes a l'arriere d'un vehicule Renault Clio, le micro etant place au niveau de la tete de l'un des passagers arrieres. La courbe en trait plein correspond au releve des haut- parleurs en phase et la courbe en pointilles correspond au releve hors phase. On constate un conflit de phase sur deux octaves entre 250 et 1000 Hz. Ces courbes mettent clairement en evidence ltexistence de phenomenes acoustiques complexes qui engendrent des conflits de phase bien plus importants que les conflits de phase theoriques engendres par la seule difference de distance entre les haut- parleurs et les auditeurs. L'idee de l' invention est qu'en provoquant des inversions electriques de phase entre les canaux dans les bandes de frequences ou se produisent les conflits de phase acoustiques, on doit retablir la coherence des phases entre les canaux et par-la meme la structure de l' image sonore. L'invention propose tout d'abord un procede de diffusion stereophonique dans un vehicule a ['aide de moyens de restitution d'une modulation sonore d'un signal de base. Selon une caracteristique generale de ['invention, on effectue par des moyens appropries, des inversions locales de phases entre les canaux, dans les zones du spectre sonore ou vent detectes les conflits de phase acoustiques entre les canaux droits et gauches aux endroits d'ecoute. L' invention a egalement pour objet un vehicule equipe d'un dispositif stereophonique audiofrequence, comportant une source de signal de base, et des moyens de restitution de la modulation sonore correspondent au signal de base. Selon une caracteristique generale de ['invention, le dispositif stereophonique audiofrequence comporte au moins un moyen permettant d'inverser la phase sur l'un des canaux sur une portion du spectre sonore correspondent a un conflit de phase acoustique entre les canaux droits et gauches aux endroits d'ecoute. La figure 2 illustre un procede de diffusion stereophonique conforme a l' invention comportant une source de modulation 1, un dispositif de traitement du signal 2 comportant un moyen -6 dinversion locale de phase, un amplificateur de puissance 3 et des moyens formant haut-parleurs 4 et 5. La figure 3 illustre un exemple non limitatif de realisation d'une d'inversion locale de phase. Cet exemple, utilise la propriete des filtres de Sallen-Key passe-haul et passe-bas complementaires du second ordre d'etre en opposition de phase a la frequence de raccord, de sorte que, pour reconstituer ['ensemble du spectre audio en un filtre passe-tout, il convient d'inverser la phase de la partie passe bande, ce qui est exactement ce que nous souhaitons faire. Supposons que nous souhaitions inverser la phase d'un canal entre une frequence basse Fb et une frequence haute Fh. Les frequences Fb et Fh vent les frequences de debut et de fin d'une zone de conflit de phase. Dans cet exemple, illustre par la figure 3, le filtre 1 est un filtre passe-haul accorde sur la frequence Fb. Le filtre 2 est un filtre passe-bas accorde sur la frequence Fh. A la sortie du filtre 2, nous avons done un filtre passe bande entre les frequences Fb et Fh dont nous inversons la phase en l'injectant a lt entree negative d'un amplificateur operationnel 5 monte en sommateur-soustracteur. Le filtre 3 est le filtre passe-bas complementaire du filtre 1 et le filtre 4 est le filtre passe-haul complementaire du filtre 2. L'entee du filtre 4 est prelevee a la sortie du filtre 1 pour etre en phase avec l' entree du filtre 2. Les sorties des filtres 2 et 4 vent injectees a lt entree positive de l'amplificateur 5. Les resistances du sommateur-soustracteur 5 vent calculees pour obtenir le meme gain en valeur absolue pour les filtres passe-haul, passe-bas et passe-bande. A la sortie du sommateur soustracteur 5 nous avons bien un filtre passe tout dont la phase est inversee entre les frequences Fb et Fh. -7- La figure 4 est la reproduction d'un oscillogramme representant une salve de signal sinusoidal a une frequence situee entre Fb et Fh. Cette figure comporte deux courbes, l'une en trait plein est le signal d' entree, l'autre en trait pointille est le signal de sortie du filtre passe-tout inverseur de la figure 3. La comparaison de ces deux courbes met clairement en evidence que l' inversion de phase se fait par glissement de phase de 180 . IL s'agit d'une inversion de phase assimilable a un retard par rapport a l'autre canal. Lorsquton introduit ce filtre passe-tout dans un canal en laissant l'autre inchange, on constate aux deux positions d'ecoute une disparition de ['impression de hors phase dans cette zone du spectre sonore, une amelioration des timbres, et, l' image sonore est corrigee dissymetriquement en avantageant la position d'ecoute situee du cote du filtre passe-tout. Le resultat est comparable a celui que l'on obtient en retardant le signal d'un canal sur toute la bande du spectre audio selon une methode citee plus haut. Pour obtenir une correction symetrique, nous allons realiser sur l'autre canal dans la zone de frequence consideree, le meme glissement de 180 mais sans inversion de phase. Un exemple de realisation d'un tel dispositif est illustre par la figure 5. I1 utilise la propriete des filtres complementaires de Sallen-Key du troisieme ordre d'etre en phase a la frequence de raccord. Le dispositif de la figure 5 est identique a celui de la figure 3 a ['exception des filtres qui vent d'ordre 3 au lieu d'etre d'ordre 2 et de l'amplificateur operationnel 5 de sortie monte en sommateur simple, car il n'y a pas de signal a inverser. A la sortie du sommateur 5 nous avons bien un filtre passe tout sans inversion de phase entre les frequences Fb et Fh. -8 La figure 6 est l'oscillogramme qui represente le comportement du signal recompose a la sortie du filtre passe- tout realise avec les filtres de Sallen-Key d'ordre 3. La courbe pleine represente une salve de signal sinusoidal a une frequence situee entre Fb et Fh a l' entree du filtre et la courbe en pointille represente le signal a la sortie du filtre. On constate bien un retard sans changement de phase. La figure 7 est l'oscillogramme qui represente les signaux des canaux gauches et droits traites respectivement par les filtres passe-tout des figures 3 et 5. Les deux signaux vent nettement en opposition de phase mais sans decalage temporel, ce qui assure au systeme la symetrie recherchee. A l'ecoute du systeme equipe des deux filtres passe-tout, on constate aux deux positions d'ecoute une disparition de ['impression de hors phase et une amelioration des timbres, et, le centre de l' image sonore a tendance a se rapprocher de l'axe de symetrie du vehicule pour les deux positions d'ecoute. Toutefois, dans certaines configurations defavorables, lorsque les hautparleurs vent tres mal positionnes, ['action du dispositif symetrique peut etre decevante. Dans ce cas, on pourra preferer utiliser la correction asymetrique notamment si le conducteur est seul dans sa voiture. Le passage de l'une a l'autre de ces options pourra se faire par simple escamotage du filtre retardateur non inverseur. REVENDICATIONS 1- Dispositif de diffusion de messages sonores stereophoniques dans un vehicule du type comportant au moins une source de modulation, des moyens de traitement du signal, un amplificateur de puissance et deux moyens formant haut-parleurs, caracterise par le fait que les moyens de traitement du signal vent agences pour permettre une inversion electrique des phases entre les canaux droit et gauche dans des zones de frequences ou vent detectees des oppositions acoustiques de phase entre ces canaux aux endroits d'ecoute. 2- Dispositif de diffusion de messages sonores stereophoniques 1 5 dans un vehicule selon la revendicat ion 1 et caracteri se par le fait que l' inversion de phase est realisee sans glissement de phase relatif entre les canaux. 3- Dispositif de diffusion de messages sonores stereophoniques dans un vehicule selon la revendicat ion 1 et caracteri se par le fait que l' inversion de phase est realisee avec glissement de phase relatif entre les canaux. 4- Vehicule equipe d'un dispositif audiofrequence stereophonique comportant une source de signal de base, et des moyens de restitution d'une modulation sonore correspondent au signal de base et caracterise par le fait que les moyens de restitution comportent au moins un inverseur de phase dans une bande de frequence ou vent presentes des oppositions acoustiques de phase entre les canaux droits et gauches aux endroits d'ecoute.