Brevet FR2890280A1 — publié le 20070302

La présente invention concerne une unité de traitement audio de correction, de compensation et de linéarisation du signal audio pour une chaîne audio de reproduction sonore comprenant au moins une enceinte acoustique de reproduction sonore et le procédé de linéarisation mis en oeuvre. L'invention se rapporte plus particulièrement à un filtrage numérique en amplitude et en phase adapté à chaque haut-parleur, ce qui permet de linéariser, au sens psychoacoustique, la courbe de réponse d'une enceinte acoustique, de manière automatique, semi-automatique ou totalement contrôlée par l'utilisateur. L'invention décrit également le processus d'étalonnage de ce procédé de linéarisation. Une enceinte acoustique, qui comprend un ou plusieurs haut-parleurs, est généralement prévue pour restituer un son enregistré par un ou plusieurs microphones. Un son, qu'il soit audible ou non par l'homme, est créé par une variation de pression acoustique. Pour son enregistrement et sa diffusion, un son est habituellement transformé en signal électrique par des microphones. Ensuite, ce signal électrique est retransformé en son par une enceinte acoustique. Ceci s'effectue par la vibration de la membrane du ou des haut-parleurs de l'enceinte, qui créent une onde de pression acoustique provenant de l'excitation par le signal électrique. Les microphones et les haut-parleurs n'étant pas parfaits, la transformation d'un son en signal électrique puis la restitution de ce dernier sous forme de son introduisent des distorsions et des nonlinéarités affectant la fidélité sonore de reproduction. Il est donc souhaité que les systèmes d'enregistrement, de reproduction ou de diffusion sonore soient le plus fidèles possible, c'est-à-dire qu'ils soient acoustiquement neutres. Cependant, en pratique, il est très difficile de fabriquer des microphones et des haut-parleurs qui soient acoustiquement neutres. Les transducteurs électroacoustiques et les enceintes acoustiques sont aujourd'hui reconnus comme étant les éléments les plus imparfaits d'un ensemble de restitution sonore. Un premier but de l'invention est de traiter le signal audio pour que lors de sa transformation en onde de pression acoustique le son soit restitué le plus fidèlement possible indépendamment des défauts d'un haut- parleur. En outre, à cause de contraintes mécaniques liées principalement à l'inertie des membranes des haut-parleurs, on distingue des haut-parleurs spécifiques pour les basses fréquences et d'autres spécifiques pour les hautes fréquences. En effet, en tant que transducteur électromécanique, un haut- parleur présente une association de moyens mécaniques et électromécaniques qui ne permettent pas seuls de reproduire toute la plage des fréquences audibles par l'homme avec une haute fidélité. Ainsi, dans le cas de la reproduction sonore, il est courant d'utiliser au moins deux haut-parleurs installés dans une enceinte acoustique, couvrant chacun une bande de fréquences déterminée par un filtre électronique de séparation disposé en amont. Le couplage des haut-parleurs permet alors de couvrir tout le spectre de fréquences audibles par l'homme. Il se pose alors le problème de la restitution des sons provenant d'une source unique à l'aide de plusieurs haut-parleurs spécifiques. Cependant, une des caractéristiques des haut-parleurs est qu'ils génèrent souvent des niveaux de pression acoustiques différents en fonction de la fréquence d'excitation, alors qu'idéalement le niveau de pression acoustique devrait être le même quelle que 2890280 3 soit la fréquence. De plus, les foyers acoustiques de chaque haut-parleur sont souvent placés sur un plan différent et à une hauteur différente les uns par rapport aux autres. Les sons émis n'ont donc pas la même origine spatiale. Idéalement, les foyers acoustiques des haut-parleurs devraient être superposés c'est-à-dire être coaxiaux dans les trois plans. Enfin, les filtres électroniques traditionnels de séparation des signaux induisent, par conception, des distorsions sous forme de décalages temporels variables en fonction de la fréquence, communément appelés déphasages. Ces distorsions sont généralement admises ou ignorées par les gens du métier car l'appareil auditif humain y est plus ou moins sensible, comme cela sera expliqué par la suite. A titre d'exemple, un instrument de musique peut produire à lui seul un son contenant des fréquences graves et aiguës et ce son est émis d'un seul point de l'espace. Lorsque ce son est reproduit par une enceinte acoustique conventionnelle, la partie grave est reproduite par un hautparleur et la partie aiguë est reproduite par un autre parleur. A la reproduction, l'origine des fréquences n'est donc plus ponctuelle et le son reproduit n'est alors pas perçu comme le son original. Un second but de l'invention est de réaliser une mise en phase des hautparleurs de sorte que les ondes de pression qu'ils génèrent fusionnent et que le lobe de rayonnement de l'enceinte soit homogène principalement aux fréquences de couplage, et aux fréquences proches du couplage définies par les filtres de séparation. Avantageusement, il peut également être intéressant d'inclure des contraintes extérieures dans les critères à minimiser, par exemple des critères liés à l'environnement d'écoute. Ainsi, un but subsidiaire de l'invention consiste à minimiser les distorsions introduites par la salle dans laquelle le signal sonore est reproduit. Les différents buts de l'invention reviennent à traiter le signal audio pour qu'il soit rendu en onde acoustique le plus fidèlement possible en tenant compte de la psychoacoustique, c'est-à-dire de la science traitant des sensations auditives en fonction de l'excitation sonore. Pour résoudre ce problème technique, diverses solutions ont été proposées. On connaît par exemple les appareils de la société SIGTECH ou les TCS et RCS de la société américaine TACT qui divulguent une linéarisation automatique du global amplificateurs-haut-parleurs-enceintes-salle. Dans ceux-ci, s'effectue une correction en amont à partir d'une mesure de référence prise au lieu d'écoute. La correction est globale et s'adapte à toutes les configurations existantes. Cependant, ce système ne permet pas d'étalonnage individuel des haut-parleurs et, du fait de la linéarisation de toute la bande audio, la réponse temporelle du filtrage est relativement longue, ce qui pénalise la reproduction des transitoires et détériore la reproduction des hautes fréquences. En outre ces procédés n'utilisent aucun modèle psychoacoustique pour optimiser la chaîne de reproduction audio conformément aux caractéristiques de l'organe auditif humain. On connaît également le système HANIWA de la société japonaise KUBOTEK qui concerne une enceinte active numérique comportant des lignes à retard en amont de chaque amplificateur qui alimente les haut-parleurs. HANIWA utilise des filtres égaliseurs qui ne compensent que les distorsions d'amplitude présentées par les haut-parleurs. Cette linéarisation de la réponse de chaque haut-parleur est effectuée par des égaliseurs utilisant des filtres à réponse impulsionnelle infinie (IIR) qui ont pour particularité d'induire des distorsions de phase. Ainsi, HANIWA ne tient pas compte des problèmes de linéarité de phase. Enfin, aucun modèle psychoacoustique n'est intégré pour optimiser le système conformément aux caractéristiques du système auditif humain. On connaît aussi le dispositif de calibration acoustique multicanaux (MCACC) de la société japonaise PIONEER qui utilise un principe de mesure et de correction automatique de tonalité. Ce système utilise un microphone de mesure étalon qui lui permet d'évaluer globalement les distorsions de l'ensemble de la chaîne audio et les résonances de la salle d'écoute. Il effectue ensuite une égalisation approximative afin de limiter les distorsions acoustiques de l'ensemble et ainsi améliorer le plaisir d'écoute et minimiser la fatigue auditive. Ce système, proposant une correction imparfaite de l'ensemble amplificateur-haut-parleursenceinte-salle, ne permet pas de réaliser un étalonnage des haut- parleurs individuellement et n'utilise aucun modèle psychoacoustique afin d'optimiser l'égalisation au sens perceptuel. On connaît également le dispositif de la société américaine BSS AUDIO qui est un système de filtrage actif numérique à filtres paramétrables en type et ordre. Il ne permet toutefois que de limiter la bande de fréquences attribuée à chaque haut-parleur et ne permet pas de pré- compenser en amont les défauts de la réponse en amplitude et en phase des hautparleurs. Enfin, on connaît la série d'appareils G de la société anglaise Boothroyd Stuart Meridian, qui intègre un procédé de correction des modes de résonance propres de la salle d'écoute. Ce système est relativement basique, il utilise un banc de filtres réjecteurs numériques. Dans ce cas, le signal audio d'origine est amputé des fréquences correspondant aux fréquences de résonance de la salle. Le principe est que si ces fréquences ne sont pas produites par les haut-parleurs, elles ne viendront pas exciter les modes de résonance acoustique de la salle d'écoute et n'induiront pas de nuisance sonore. De fait, le système proposé par la société Boothroyd Stuart Meridian est destructeur par suppression d'information, mais permet d'améliorer le plaisir d'écoute dans une salle à l'acoustique médiocre. Il est à noter que les procédés existants de linéarisation de la réponse globale système-de- diffusion-local-d'écoute améliorent le confort d'écoute en un point particulier du lieu d'écoute. Plus la zone d'écoute à optimiser est vaste, plus la qualité de cette linéarisation se dégrade. Pour résoudre ces différents problèmes techniques et combler les lacunes des systèmes existants, le système selon l'invention repose sur un procédé de pré-traitement et de couplage qui permet de réduire considérablement les distorsions de l'ensemble haut-parleurs-enceinte, au sens psychoacoustique (donc de la perception humaine), en agissant sur les trois paramètres suivants: - minimisation des distorsions audibles d'amplitude en fonction de la fréquence; - minimisation des distorsions audibles de phase en fonction de la fréquence; et - homogénéisation du rayonnement acoustique de l'enceinte en fonction de la fréquence. Le système selon l'invention est basé sur un principe de prétraitement numérique pour une enceinte acoustique équipée d'au moins deux hautparleurs alimentés par des amplificateurs de puissance indépendants et formant un ensemble qui n'est pas acoustiquement neutre. Il consiste essentiellement en une compensation, en amont des amplificateurs de puissance qui alimentent les haut-parleurs, des distorsions audibles d'amplitude et de phase de chaque haut-parleur indépendamment par un ensemble de filtres pour le filtrage numérique en amplitude et en phase adapté à chaque haut-parleur permettant de linéariser, au sens psychoacoustique définit par un modèle, la courbe de réponse d'au moins une enceinte acoustique, de manière automatique, semi-automatique ou totalement contrôlée par l'utilisateur. L'ensemble de filtres constitue un système de filtrage numérique à structure hybride et à réponse inverse, au sens psychoacoustique, en amplitude et en phase en fonction de la fréquence. Il comprend également un procédé indépendant de calage temporel des sons émis par chaque haut-parleur afin d'améliorer le rayonnement de l'ensemble haut-parleurs-enceinte pour toutes les fréquences. De ce fait, l'invention permet au concepteur d'enceinte acoustique de s'affranchir des contraintes liées à l'électronique (déphasage des filtres) et aux haut-parleurs (encombrement, disposition, bande passante) lors de la conception d'une enceinte acoustique. Cela permet la conception d'une enceinte acoustique optimisée du point de vue de son rayonnement acoustique par un placement plus favorable des haut-parleurs. De plus, le système proposé permet d'augmenter la bande de fréquences attribuée à chaque haut-parleur grâce à la linéarisation de ceux-ci en amplitude et en phase. Il est alors possible de concevoir des enceintes acoustiques intégrant moins de haut-parleurs spécialisés. Par exemple, dans un cas typique, deux haut-parleurs, un spécialisé dans la reproduction des graves et un spécialisé dans la reproduction des médium aiguës, peuvent suffire à couvrir toute la plage de fréquences audibles par l'homme. Moins il y a de haut-parleurs à intégrer, plus la conception de l'enceinte acoustique peut être optimisée et son lobe de rayonnement maîtrisé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un diagramme schématique représentant les éléments constitutifs de l'unité de traitement audio de linéarisation de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une enceinte acoustique comportant deux types de haut-parleurs spécifiques; 15. la figure 3 est une vue schématique du rayonnement typique d'une enceinte acoustique qui présente des creux de pression acoustique dans certains angles à la fréquence de séparation et aux fréquences proches de la séparation définies par les filtres électroniques conventionnels; la figure 4 est une vue schématique du rayonnement de pression sonore uniforme typique d'une enceinte acoustique dont les haut-parleurs présentent un couplage optimal selon l'invention; 25. la figure 5 est un diagramme schématique représentant un synoptique de l'unité de l'invention en fonctionnement normal; et la figure 6 est un diagramme schématique représentant un synoptique du mode opératoire lors de l'étalonnage des haut-parleurs et de l'enceinte. la figure 7 est un diagramme schématique représentant un synoptique d'un filtre de séparation (Filtre B ou Filtre H) dont la section FIR présente une fonction de transfert H. Léqende des fiqures et des abbréviations utilisées: A/N: Convertisseur Analogique - Numérique AA: Analyseur Audio et générateur de signal de référence AP: Amplificateur de Puissance Dm: Distance entre les sources de Basses et Hautes fréquences ERR: Erreur audible introduite par les haut-parleurs et l'enceinte Fe: Fréquence d'échantillonnage Filtre B: Filtre de séparation définissant la bande de fréquences attribuée au haut-parleur spécialisé dans la reproduction des Basses fréquences et incluant des compensations en amplitude en phase Filtre H: Filtre de séparation définissant la bande de fréquences attribuée au haut-parleur spécialisé dans la reproduction des Hautes fréquences et incluant des compensations en amplitude en phase FIR: Réponse Impulsionnelle Finie GB: Gain pour les Basses fréquences GH: Gain pour les Hautes fréquences H: Fonction de transfert HP3: Haut-Parleur pour les Basses fréquences HPH: Haut-Parleur pour les Hautes fréquences IAN: Interface Audio Numérique IIR: Réponse Impulsionnelle Infinie Logicl (L) : Logiciel qui gère les filtres numériques conformément aux critères de l'utilisateur. Exécuté sur une station hôte de type ordinateur ou intégré au système de traitement audio numérique MIC: Microphone Modèle (M) : Modèle psychoacoustique de l'organe auditif humain N/A: Convertisseur Numérique - Analogique Param (P) : Générateur de paramètres et de réponse impulsionnelle des filtres pour le PTNS PTNS: Processeur de Traitement Numérique des Signaux U: Interface Utilisateur Z-M: Ligne à retard de M échantillons pour les basses fréquences Z-N: Ligne à retard de N échantillons pour les hautes fréquences Le système actif numérique pour enceintes acoustiques selon la présente invention va maintenant être décrit de façon détaillée en référence aux figures 1 à 6. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques. L'unité de traitement audio de l'invention est prévue pour des hautparleurs (HPB, HPH) montés dans une enceinte et alimentés par des amplificateurs de puissance (AP) indépendants qui reçoivent un signal numérique provenant d'une source sonore. Si le signal à reproduire est fourni sous forme numérique, il est traité directement, tandis que s'il est fourni sous forme analogique, il doit être préalablement converti par un convertisseur analogique-numérique (A/N) sous forme numérique avant de subir le prétraitement. Afin que les ondes de pression acoustiques générées par l'enceinte soient reproduites les plus fidèlement possible, il est nécessaire d'effectuer un étalonnage comportant les deux étapes suivantes: -linéarisation en amplitude et en phase de la réponse de chaque haut-parleur (HPB, HPH) de l'enceinte acoustique; et - optimisation en amplitude et en phase du couplage entre les haut-parleurs (HPB, HPH) afin que le rayonnement acoustique autour de l'enceinte présente le moins de lobes secondaires possibles (cf. figure 3). Linéarisation de chaque haut-parleur individuellement La linéarisation en amplitude et en phase de la réponse de chaque haut-parleur (HPB, HPB) s'effectue conformément aux étapes suivantes: -mesure des non-linéarités présentées par l'ensemble haut-parleur-enceinte; - déduction à partir des mesures précédentes des compensations nécessaires en amont des amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent les haut-parleurs (HPB, HPB) de sorte que l'ensemble soit perçu comme acoustiquement neutre par l'homme; - intégrations des compensations nécessaires aux filtres pour basses fréquences (Filtre B) et au filtre pour hautes fréquences (Filtre H) situé en amont des amplificateurs de puissance (AP) ; et - chargement et mise en service des nouveaux filtres dans le système de traitement numérique du signal équipé de processeurs spécifiques pour le traitement numérique des signaux. Ainsi, le signal issu par exemple d'un disque compact ou d'un disque audio-vidéo subit un prétraitement tenant compte des non-linéarités présentées par l'ensemble haut-parleurs-enceinte de sorte qu'il puisse être reproduit acoustiquement de la manière la plus neutre possible. Pour le traitement numérique des signaux, on préfère utiliser un ou plusieurs processeurs rapides de type Processeur de Traitement Numérique des Signaux (PTNS) ou Digital Signal Processor (DSP). L'étalonnage du procédé selon l'invention n'est pas nécessairement automatique et l'opérateur, au cours de l'étape d'étalonnage d'une enceinte acoustique qui sera vue plus loin, est seul juge de la pertinence des compensations (P) à apporter selon les informations fournies par les appareils de mesures (AA), les modèles psychoacoustiques (M) et le logiciel de configuration et de génération des filtres numériques (L). Afin de fournir les compensations nécessaires en amont des amplificateurs de puissance (AP), le système actif numérique pour enceintes acoustiques selon la présente invention comprend un filtre numérique associé à chaque haut-parleur (HPB, HPH). Il s'agit préférentiellement d'un filtre numérique de type Filtre à Réponse Impulsionnelle Finie (FIR) ou hybride Filtre à Réponse Impulsionnelle Finie - Réponse Impulsionnelle Infinie (FIR-IIR). Chacun de ces filtres définit une bande de fréquences utile destinée à chaque haut-parleur (HPB, HPH) et déterminée par l'opérateur grâce à une interface utilisateur (U). Dans cette bande de fréquences utile, chaque filtre numérique présente une réponse en amplitude et en phase prévue pour compenser les non- linéarités d'amplitude et de phase du haut-parleur (HPB, HPH) qui lui est associé. Ceci permet de pré-compenser les défauts d'un haut-parleur (HPB, HPH) pour que l'onde de pression acoustique qu'il produit soit perçue comme acoustiquement neutre. La réponse de chaque filtre en amplitude et en phase en fonction de la fréquence est déterminée afin de minimiser l'erreur audible ERR. Pour ce faire, l'utilisateur, aidé du logiciel de configuration et de génération de filtre (L), définit le gain et la phase relative désirés aux différentes fréquences. Le logiciel transpose la réponse fréquentielle désirée en réponse temporelle interprétable par un processeur de traitement numérique de signaux. La technique d'échantillonnage fréquentiel peut être employée. Ensuite la réponse temporelle peut être obtenue par l'application d'une transformée de Fourier inverse. Pour une réponse en fréquence désirée et bornée, la réponse temporelle est de durée infinie. L'utilisateur définit donc la taille maximale que la réponse temporelle du filtre peut présenter. Cette durée dépend de la capacité mémoire et de la puissance de calcul du (ou des) processeur(s) de traitement numérique de signal mis à contribution. Par exemple, dans le cas d'un filtrage de type FIR, une convolution entre la réponse temporelle caractéristique du filtre et les échantillons d'entrée est effectuée. Pour obtenir une précision de linéarisation de la réponse en amplitude des haut-parleurs de l'ordre de 0,5dB à 10kHz, à une fréquence d'échantillonnage (Fe) classique de 96kHz, il est courant de dimensionner des filtres de séparation et de linéarisation de 500Taps, c'est-à-dire des filtres dont la dimension temporelle est de 500 échantillons et dont le temps de convolution est de 250 x Fe secondes. La charge de calcul est alors de 500 x 96000 = 48 millions de multiplications et accumulations par secondes (MMACS). Au moins deux filtres de ce type sont nécessaires: un pour les basses fréquences et un pour les hautes fréquences s'il n'y a que deux haut-parleurs dans l'enceinte. Effectuer ces filtrages requière une puissance de calcul de 96 MMACS. La plupart des processeurs spécialisés (DSP) sont capables d'effectuer une multiplication et accumulation par cycle de leur horloge interne. Dans le cas exposé, il faut donc que le processeur soit cadencé à une fréquence supérieure à 96MHz. Une fois la réponse temporelle du filtre FIR tronquée, il faut alors la pondérer pour limiter l'impact que cette opération sur la nouvelle réponse fréquentielle correspondant à ce filtre tronqué. On peut utiliser en outre des fenêtres de pondération courantes de type Hamming, Hann, Blackmann, Chebychev. Il est possible de vérifier l'erreur induite par la limitation de la durée de la réponse temporelle et sa pondération en lui appliquant une transformée de Fourier. Libre à l'utilisateur de modifier les paramètres afin d'approcher au mieux le résultat désiré. Du fait de la limitation obligatoire de la durée de la réponse temporelle d'un filtre de type FIR, il est possible que la technique décrite ci dessus se révèle peu efficace pour linéariser les haut-parleurs à certaines fréquences, notamment aux fréquences basses. On se réfère alors à la psychoacoustique. Des études statistiques ont montré que le système auditif humain tolérait quelques imperfections dans la restitution des sons. Nos essais et mesures confirment ces études. Par exemple, la notion la plus exploitée de la psychoacoustique est l'effet de masque. Un son fort couvre un son moins fort de fréquence proche. Ce son moins fort existe mais dans certaines conditions il ne sera pas entendu. Plus les fréquences sont basses plus ce phénomène est marqué. Par exemple, la conversation entre deux personnes dans une rue peut devenir inaudible dès lors qu'un camion passe à proximité de ces personnes. Un autre phénomène très important est la sensation de hauteur. Le système auditif humain arrive très bien à discerner une octave (un doublement de fréquence) dans la bande de fréquence environ 100Hz à environ 6kHz. Il est par contre incapable de le faire pour des fréquences au delà de environ 6kHz. L'échelle représentant la sensation de hauteur d'un son par rapport à sa fréquence a été établie et son unité est le Bark. Ces deux caractéristiques d'effet de masque et de sensation de hauteur sont à la base, en outre, des formats de compression MP3 et ATRAC de la musique. Un autre phénomène intéressant dans notre cas est la sensibilité de l'oreille à la distorsion de phase. Nous avons pu observer que l'appareil auditif humain est sensible aux distorsions de phase. Cette sensibilité semble faible ou nulle aux limites du spectre audible (très grave approchant 20Hz, et très aiguës approchant 20kHz). La sensibilité est maximum aux fréquences médiums-aiguës. Bien entendu la sensibilité est variable d'un individu à l'autre. La puissance de calcul des processeurs de traitement numérique des signaux est limitée, les filtres FIR dimensionnés par la technique expliquée plus haut peuvent présenter des limitations de compensation à certaines fréquences. Puisque l'appareil auditif humain tolère des distorsions de phase aux fréquences extrêmes, on peut se permettre d'ajouter des sections IIR, induisant des distorsions de phase, sous forme d'égaliseur pour palier aux déficiences du filtrage de type FIR. Il est ainsi possible d'améliorer la pertinence de la linéarisation des haut-parleurs, au sens psychoacoustique, grâce à des filtres globaux hybrides FIR-IIR (voir figure 7). L'utilisateur contrôle et dimensionne l'importance et le nombre de sections d'égalisation de type IIR dans le filtre de séparation (Filtre B et Filtre H) afin d'optimiser le résultat. Sur la figure 7, seulement deux sections d'égalisations sont représentées. Par exemple, il ne serait pas judicieux de placer une section de correction de type IIR à une fréquence de sensibilité maximum de l'oreille à la distorsion de phase, typiquement 3kHz. Il est important de remarquer que, grâce au procédé de linéarisation des haut-parleurs (HPB, HPH) de l'invention, il est possible d'attribuer une gamme de fréquences étendue à un seul haut-parleur (HPB, HPH), la linéarisation compensant alors les non-linéarités de ce haut-parleur (HPB, HPH) aux fréquences où il n'est pas prévu de fonctionner à l'origine. Par exemple, un haut-parleur spécialisé dans la reproduction de la bande de fréquences 1kHz à 15kHz, peut être linéarisé pour pouvoir reproduire fidèlement la bande de fréquences 800Hz à 20kHz. Ceci permet au concepteur d'enceinte acoustique de s'affranchir des contraintes mécaniques liées à l'emploi de plusieurs haut-parleurs spécifiques, parfois trois ou quatre, pour atteindre des niveaux de qualité satisfaisants sur toute la bande audible. Grâce à l'invention, il est ainsi possible de concevoir des enceintes acoustiques offrant une qualité de restitution sonore optimisée avec seulement deux types de hautparleurs spécifiques (HPB, HPH) dont la bande de fréquence a été étendue au delà de la bande de fréquence pour laquelle ils ont été prévus à l'origine, couvrant toute la gamme des fréquences audio (20Hz à 20kHz). Moins il est nécessaire d'utiliser de haut-parleurs, plus il devient aisé d'optimiser l'emplacement physique des haut-parleurs (HPB, HPH) dans l'enceinte acoustique. Grâce à l'emplacement idéal des haut-parleurs (HPB, HPH) dans l'enceinte acoustique et au traitement selon l'invention, il devient possible d'obtenir un ensemble haut-parleurs-enceinte qui soit perçu comme acoustiquement neutre. Optimisation du couplaqe des haut-parleurs une fois linéarisés L'optimisation en amplitude et en phase du couplage entre les hautparleurs (HPB, HPH) s'effectue grâce à des calages temporels et à la mise en place de filtres (Filtre B, Filtre H), qui par l'association avec leur haut-parleur respectif (HPB, HPH), permettent que l'onde acoustique émise ne présente pas de distorsion de phase dans la bande de fréquences critiques. A cet effet, chaque filtre numérique (Filtre B, Filtre H) associé à unhaut-parleur (HPB, HPH) est en outre associé à une ligne à retard (Z-M, ZN) paramétrable permettant d'ajuster l'alignement temporel des hautparleurs (HPB, HPH). Ceci fait que l'onde acoustique émise ne présente pas de distorsion de phase dans la bande de fréquences critiques indépendamment de la localisation des foyers acoustiques, du temps de réponse des haut-parleurs et du temps de calcul des filtres, et permet d'obtenir une réponse en phase linéaire de l'ensemble hautparleursenceinte du point de vue de l'onde acoustique. Une ligne à retard numérique est généralement constituée par un tampon circulaire en mémoire. L'unité de retard est la période d'échantillonnage (Te). Le nouvel échantillon reçu est placé au fond du tampon et sortira de la mémoire après M ou N périodes d'échantillonnage, ce qui induira un retard de M x Te secondes ou N x Te secondes. Avec une ligne à retard, il est possible de compenser les distances mécaniques, donc de caler temporellement les origines des sons. Par exemple, si deux haut-parleurs identiques sont distants de DBH (voir fig. 2), le signal alimentant le haut-parleur placé devant devra être retardé pour que les sons arrivent en même temps à l'auditeur. Ce retard vaut Td = DBH / Ca, où Td est le retard nécessaire en secondes, DBH la distance entre les haut-parleurs en mètre et Ca la célérité du son dans l'air valant environ 340m/s. A l'aide d'une ligne à retard il est possible de virtuellement aligner les haut-parleurs. La réponse linéaire en phase en fonction de la fréquence correspond à un retard de groupe constant pour toutes les fréquences. Un second avantage de l'utilisation d'une ligne à retard (Z-M, Z-N) paramétrable est de s'affranchir de la durée de convolution de la réponse temporelle des filtres avec le signal d'entrée, et donc de la complexité des filtres numériques. Il est en effet possible que la réponse temporelle des filtres de séparation et de linéarisation (Filtre H et Filtre B) n'aient pas la même durée, et donc ne prenne pas le même temps de calcul. La ligne a retard permet donc de compenser les décalages temporels dus aux temps de convolution potentiellement différents des filtres (Filtre H, Filtre B) avec leur signal d'entrée et la distance physique entre les haut-parleurs (HPB, HPH) dans ou sur l'enceinte acoustique. C'est elle qui permet de réaliser une mise en phase acoustique des hautparleurs. Ce procédé indépendant de calage temporel des sons émis par chaque hautparleur (HPB, HPH) permet d'optimiser l'implantation des haut-parleurs (HPB, HPH) dans l'enceinte afin d'améliorer considérablement le rayonnement de l'ensemble haut-parleurs-enceinte pour toutes les fréquences audio. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, au cours de l'étalonnage de l'unité de l'invention, l'analyseur audio (AA) mesure la non- linéarité que le son subit par les haut-parleurs (HPB, HPH) et l'enceinte. Grâce au modèle psychoacoustique (M) de l'invention, le logiciel d'étalonnage (L) mis au point et conçu pour l'invention détermine alors l'importance de cette non-linéarité au sens de la perception humaine et donne une erreur audible à minimiser (ERR). Les filtres de compensation pour les hautes fréquences (Filtre H) et les filtres de compensation pour basses fréquences (Filtre B), sont adaptés pour que l'erreur audible soit la plus faible possible. A noter qu'il en est de même pour les paramètres M et N définissant un retard de M ou N échantillons, et pour les gains GB et GH. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, il est bien entendu prévu que l'utilisateur puisse intervenir sur le modèle psychoacoustique (M) utilisé afin d'en modifier des paramètres à l'aide d'une interface utilisateur (U). Ceci permet par exemple d'adapter l'invention aux spécificités de l'audition d'un individu, à ses éventuels problèmes ou particularités auditives ou à certaines caractéristiques acoustiques du local d'écoute. Dans le mode de réalisation préféré, l'enceinte acoustique est placée au centre d'un local traité acoustiquement pour présenter peu de résonances (idéalement une chambre sourde). Dans le mode de réalisation préféré, on utilise un microphone de mesure de précision étalonné. Ce microphone est placé à une distance de 0,5 à 1,5m de l'enceinte lors de la phase d'étalonnage des haut-parleurs seuls. Le microphone est placé à une distance de lm à 3m lors de la phase d'étalonnage de l'ensemble haut-parleurs-enceinte. Dans le mode de réalisation préféré, le système de correction numérique connecté en amont aux amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent les haut-parleurs (HPB, HPH) est associé à des convertisseurs numériqueanalogique (N/A) de haute précision. Dans ce même mode de réalisation préféré, on utilise des amplificateurs de puissance (AP) qui n'induisent pas de distorsion de phase, ni d'amplitude. De même, dans le mode de réalisation préféré les algorithmes de filtrage (Filtre B et Filtre H) sont optimisés pour présenter une réponse temporelle la plus courte possible afin de limiter les effets de traînage. On peut également introduire une compensation des contraintes extérieures dans les critères à minimiser. Ces contraintes peuvent être liées à l'environnement d'écoute car la salle dans laquelle la musique va être reproduite peut, elle aussi, induire des distorsions. Ces distorsions qui sont généralement majoritairement liées aux dimensions de la salle, sont donc sensiblement invariables. Il s'agit des modes de résonance propres. Il est possible de les déduire par calcul ou par mesure et de les intégrer aux critères à minimiser. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, après étalonnage de chaque haut-parleur individuellement, après étalonnage de l'ensemble hautparleurs-enceinte, une fois les filtres de séparation et de linéarisation (Filtres H, Filtre B) en fonctionnement, on place le microphone de mesure à l'endroit normal d'écoute (entre 2 et 4m de l'enceinte) et on mesure les distorsions causées par le lieu d'écoute. Les résonances du lieu d'écoute créent des ventres et des noeuds de pression acoustique. Il est alors possible d'intégrer des compensations totales ou partielles de ces distorsions aux filtres Filtre H et Filtre B. La démarche est la même que pour l'étalonnage individuel des hautparleurs. Néanmoins, on préfèrera se limiter à une compensation sommaire des problèmes liés au lieu d'écoute afin de ne pas corrompre la linéarisation propre des haut-parleurs et de l'enceinte effectuée précédemment. Comme décrit précédemment, le paramétrage des filtres numériques du système de l'invention est effectué lors d'une phase d'étalonnage. Après avoir défini préalablement la bande de fréquences que chaque haut-parleur (HPB, HP,) doit reproduire, cet étalonnage s'effectue conformément aux étapes suivantes en utilisant un appareil de mesure audio (AA) et un microphone étalon (MIC) : Etalonnaqe du principe de linéarisation de chaque haut-parleur: 1) Génération et injection de signaux tests de référence dans chaque haut-parleur (HPB, HPH), tour à tour. 2) Mesure tour à tour de la non-linéarité d'amplitude et de phase propre de chacun des haut-parleurs (HPB, HPH), c'est-à-dire les différences d'amplitude et de phase entre le signal de sortie théorique et le signal de sortie réel de chaque haut-parleur (HPB, HPH). 3) Déduction des mesures précédentes de l'impact que les non-linéarités ont sur la perception du son par le système auditif humain en suivant des modèles psychoacoustique (M). On obtient ERR. 4) A l'aide du logiciel (L), définition de la réponse en fréquence désirée pour les filtres (Filtre H, Filtre B) situés en amont des amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent chacun un haut-parleur (HPB, HPH) de sorte que leur réponse en amplitude et en phase compense les irrégularités audibles de la réponse en amplitude et en phase du haut- parleur (HPB, HPH) qui lui est associé, dans la bande de fréquences qui lui a été attribuée. Ainsi le résultat est perçu comme acoustiquement neutre par l'homme. 5) Intégration des compensations (P) précédemment définies dans le filtre de compensation pour les basses fréquences (Filtre B) et dans le filtre de compensation pour les hautes fréquences (Filtre H). Les compensations (P) incluent deux composantes principales qui sont: - la réponse temporelle totale ou partielle de la section FIR de chaque filtre, - éventuellement, le nombre de sections IIR, leur type et ordre, et leurs paramètres de gain, de fréquence et le facteur de qualité, 6) Mise en service des filtres (Filtre H et Filtre B), nouvelle mesure, on obtient un nouveau ERR. Si ERR n'est pas nulle ou négligeable, retour au point 1) et ajout de nouvelles compensations. Etalonnaqe du principe de couplaqe des haut-parleurs entre eux et avec l'enceinte acoustique: 1) Génération et injection d'un signal de composantes fréquentielles et temporelles connues comme par exemple un signal rectangulaire de fréquence variable, pouvant couvrir tout le spectre audible sélectionné. Ainsi, tous les haut-parleurs (HPB, HPH) de l'enceinte fonctionnent en même temps et chaque haut-parleur (HPB, HPH) reproduit une partie de ce signal selon la bande de fréquences qui lui a été confiée. 2) Mesure de la non-linéarité d'amplitude et de phase de l'ensemble hautparleurs-enceinte causée par le couplage des haut-parleurs (HPB, HPH). 3) Définition des paramètres (M, N) des lignes à retard (Z-N, Z-N) associées à chaque filtre numérique (Filtre B et Filtre H) en amont des amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent chacun un haut-parleur (HPB, HPH) de sorte que le temps de propagation de groupe de l'ensemble précédent soit constant pour toutes les fréquences afin de minimiser l'erreur ERR. 4) Intégration des paramètres de délais (M, N) précédemment définis et des paramètres de gain GB et GH associés au filtre de compensation pour les basses fréquences (Filtre B). Nouvelle mesure, on obtient un nouveau ERR. Si ERR n'est pas nulle ou négligeable, retour au point 1) et ajout de nouvelles compensations. Dans le cas où l'on souhaiterait intégrer des contraintes extérieures, telles que les modes de résonances propres de la salle d'écoute on peut ajouter les étapes d'étalonnage suivantes une fois les deux premières étapes réalisées: 1) Placement du microphone de mesure au lieu d'écoute normal. 2) Génération et injection de signaux de tests de référence couvrant tout le spectre audible et excitant tous les haut-parleurs de l'enceinte. 3) Mesure et évaluation des distorsions induites par le lieu d'écoute. 4) Intégration de compensations totales ou partielles des ces distorsions aux filtres de compensation Filtre B et Filtre H 5) Nouvelle mesure, on obtient un nouveau ERR. Si ERR n'est pas nulle ou négligeable, retour au point 1) et ajout de nouvelles compensations. Dans les opérations d'étalonnage décrites ci dessus, il est possible de minimiser l'erreur au sens psychoacoustique ERR de manière semiautomatique ou automatique. Pour ce faire, l'utilisateur fixe tout d'abord la (ou les) fréquence de séparation. La minimisation de l'erreur peut être réalisée par le logiciel (L) exécutant, par exemple, un algorithme des moindres carrés, technique faisant partie des connaissances de l'ingénieur. L'intégration de l'erreur peut être faite sur une échelle de fréquences en Hertz ou une échelle de hauteur en Bark. On peut également envisager de nombreuses variantes des modes de réalisation précédents sans s'écarter de la portée de l'invention. On peut par exemple envisager d'intégrer des contraintes extérieures autres que les modes de résonances propres de la salle d'écoute telles que les distorsions créées par la présence d'un écran de type écran de cinéma trans-sonique devant l'enceinte. En effet, il est courant en application cinéma ou home-cinéma qu'un écran soit placé devant une enceinte acoustique. Cet écran induit inévitablement des distorsions d'amplitude et/ou de phase, essentiellement aux hautes fréquences. Ces distorsions sont très facilement compensées par le principe de l'invention comme décrit précédemment suivant le mode d'étalonnage décrit précédemment. On peut aussi envisager que la compensation des non-linéarités d'amplitude et de phase soit réalisée en amont des filtres de séparation par un filtre hybride FIR-IIR traitant toute la bande de fréquences audio (Filtre FT). Ce filtre peut éventuellement compenser les distorsions de phase que pourraient présenter les filtres de séparation s'ils sont de type récursifs (IIR). Les filtres de séparations ne serviraient alors qu'à effectuer une limitation de bande passante pour le haut-parleur qui leur est dédié. Nous estimons que pour atteindre des niveaux de qualité satisfaisant, il est nécessaire de prévoir un filtre de compensation globale FT d'une taille supérieure à 1000 Taps à une fréquence d'échantillonnage Fe de 96kHz. Les filtres de séparation de type IIR représentant une charge de calcul beaucoup plus faible pour le processeur de traitement numérique des signaux, donc négligeables, cette technique peut présenter un avantage. Par exemple, si une enceinte acoustique inclue plus de deux types de hautparleurs, les besoins en puissance de calcul peuvent être limités à environ 100 MMACS avec cette technique. La majorité des ressources de calcul étant consommée par la convolution de la partie FIR du filtre FT avec le signal d'entrée. On peut aussi envisager d'effectuer les filtrages numériques de type FIR dans le domaine fréquenciel sans s'éloigner de la portée de l'invention. Ceci est réalisable par un traitement temps-fréquence. Le signal d'entrée est découpé en segments temporels de l'ordre de 5 à 10ms avec un recouvrement de 50 à 75%. Une transformation de type Transformation de Fourier Rapide (FFT) est opérée sur chacun de ces segments pour obtenir des vecteurs images dans le domaine fréquenciel. La réponse fréquencielle du filtre de séparation est multipliée par le vecteur image du signal d'entrée dans le domaine des fréquences. Le signal filtré est reconstitué dans le domaine temporel par transformation inverse et recouvrement. Cette technique a pour inconvénient de faire l'hypothèse de la stationnarité du signal audio sur une courte durée. On peut aussi envisager d'utiliser un amplificateur de puissance numérique au lieu d'utiliser des convertisseurs numérique/analogique (N/A) et des amplificateurs de puissances analogiques (AP). 2890280 26 REVENDICATIONS 1. Unité de traitement audio de correction, de compensation et de linéarisation du signal audio pour une chaîne audio de reproduction sonore comprenant au moins une enceinte acoustique de reproduction sonore comprenant au moins un, mais de préférence deux haut-parleurs (HPB, HPH) alimentés par des amplificateurs de puissance (AP) indépendants qui reçoivent un signal numérique provenant d'une source sonore, cette unité de traitement comprenant un ou plusieurs processeurs rapides de type Processeur de Traitement Numérique des Signaux (PTNS) ou Digital Signal Processor (DSP) pour le traitement numérique des signaux, caractérisée en ce qu'elle comprend un modèle psychoacoustique (M) dont les paramètres sont modifiables par un utilisateur et un ensemble de filtres de linéarisation pour le filtrage numérique en amplitude et en phase en fonction de la fréquence, adapté à chaque haut-parleur (HPB, HPH) en amont des amplificateurs de puissance (AP), le modèle psychoacoustique (M) permettant de linéariser au sens de la perception des sons par l'homme, la courbe de réponse d'au moins une enceinte acoustique, de manière automatique, semi-automatique ou totalement contrôlée par l'utilisateur. 2. Unité de traitement audio selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à chaque haut parleur (HPB, HPH) est associé un filtre numérique de type Filtre à Réponse Impulsionnelle Finie (FIR) ou dit hybride Filtre à Réponse Impulsionnelle Finie - Réponse Impulsionnelle Infinie (FIR-IIR). 3. Unité de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle comporte un filtre numérique hybride de séparation (filtre B et filtre H) associé chacun à un haut parleur, ce filtre présentant un nombre de sections d'égalisation de type IIR dont l'importance et les caractéristiques sont contrôlés par l'utilisateur. 4. Unité de traitement audio selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que chacun des filtres destiné à chaque haut-parleur (HPB, HPH) est caractérisé par une bande utile de fréquences déterminée par l'opérateur grâce à une interface utilisateur (U) et pouvant être plus étendue que la bande normale de fréquences de fonctionnement du haut-parleur. 5. Unité de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisée en ce que dans sa bande utile de fréquences, chaque filtre numérique présente une réponse en amplitude et en phase en fonction de la fréquence prévue pour compenser les non-linéarités d'amplitude et de phase en fonction de la fréquence du haut-parleur (HPB, HPH) qui lui est associé. 6. Unité de traitement audio selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque filtre a une réponse en amplitude et en phase en fonction de la fréquence minimisant l'erreur audible ERR obtenue à partir des étapes suivantes: -l'utilisateur, aidé d'un logiciel de configuration et de génération de filtre (L), définit le gain et la phase relative désirés aux différentes fréquences; le logiciel (L) transpose la réponse fréquentielle désirée en réponse temporelle interprétable par un processeur de traitement numérique de signaux. 7. Unité de traitement audio selon les revendications 1 ou 3, caractérisée par un filtre numérique B et un filtre numérique H, associé chacun à un haut-parleur respectif (HPB, HPH), et par l'optimisation en amplitude et en phase du couplage entre les haut-parleurs (HPB, HPH) grâce à des calages temporels, pour que l'onde acoustique générée ne présente pas de distorsion de phase dans la bande de fréquences critiques et que le rayonnement de pression acoustique de l'enceinte soit homogène. 8. Unité de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque filtre numérique (Filtre B, Filtre H) associé à un haut-parleur (HPB, HPH) est en outre associé à une ligne à retard (Z-M, Z-N) paramétrable permettant d'ajuster l'alignement temporel des haut-parleurs (HPB, HPH). 9. Chaîne audio de reproduction sonore comprenant au moins une enceinte acoustique de reproduction sonore à au moins deux haut-parleurs (HPB, HPH) l'un spécialisé dans la reproduction des graves (HPB) et l'autre spécialisé dans la reproduction des médium aiguës (HPH) alimentés par des amplificateurs de puissance (AP) indépendants qui reçoivent un signal numérique provenant d'une source sonore, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une unité de traitement audio selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Procédé de traitement audio de linéarisation d'une chaîne audio selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la linéarisation en amplitude et en phase en fonction de la fréquence de la réponse de chaque haut-parleur (HPB, HPH) s'effectue par un filtre assurant un filtrage numérique adapté à chaque haut parleur selon le modèle psychoacoustique (M) conformément aux étapes suivantes: mesure des non-linéarités présentées par l'ensemble haut-parleur-enceinte; 35. déduction à partir des mesures précédentes des compensations necessaires en amont des amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent les haut-parleurs (HPB, HPH) pour que l'ensemble soit perçu comme acoustiquement neutre par l'homme; intégration des compensations nécessaires aux filtres pour basses fréquences (Filtre B) et au filtre pour hautes fréquences (Filtre H) situés en amont des amplificateurs de puissance (AP) chargement et mise en service des nouveaux filtres dans le système de traitement numérique du signal équipé de processeurs spécifiques pour le traitement numérique des signaux. 11. Procédé de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le filtrage numérique en amplitude et en phase en fonction de la fréquence adapté à chaque haut-parleur est effectué par un filtre numérique à Réponse Impulsionnelle Finie (FIR), ou dit hybride Filtre à Réponse Impulsionnelle Finie - Réponse Impulsionnelle Infinie (FIR-IIR), associé à chaque haut-parleur (HPB, HPH). 12. Procédé de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les paramètres du modèle psychoacoustique (M) utilisé sont modifiés à l'aide d'une interface utilisateur (U). 13. Procédé de traitement audio selon l'une quelconque des revendications précédentes 10 à 12, caractérisé en ce que la réponse d'un filtre en amplitude et en phase en fonction de la fréquence est déterminée afin de minimiser l'erreur audible ERR selon les étapes suivantes: 30. l'utilisateur, aidé d'un logiciel de configuration et de génération de filtre (L), définit le gain et la phase relative désirés aux différentes fréquences; le logiciel (L) transpose la réponse fréquentielle désirée en réponse temporelle interprétable par un processeur de traitement numérique de signaux. et en ce que l'utilisateur contrôle et dimensionne l'importance et le nombre de sections d'égalisation de type IIR dans le filtre numérique global hybride de séparation (Filtre B et Filtre H). 14. Procédé de traitement audio selon l'une quelconque des revendications précédentes 10 à 13, caractérisé en ce que l'optimisation en amplitude et en phase du couplage entre les haut-parleurs (HPB, HPH) s'effectue par des calages temporels et la mise en place de filtres (Filtre B, Filtre H), qui associés à leur haut-parleur respectif (HPB, HPH), ne présentent pas de distorsion de phase acoustique dans la bande des fréquences critiques. 15. Procédé de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le calage temporel est réalisé à l'aide de lignes à retard et en ce que pour chacune des lignes à retard numérique le nouvel échantillon reçu est placé au fond du tampon et sort de la mémoire après M ou N périodes d'échantillonnage, ce qui induira un retard de M x Te secondes ou N x Te secondes. 16. Procédé de traitement audio selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les paramètres M et N des lignes à retard numériques sont établis par mesure selon le principe suivant: 1) Génération et injection d'un signal de composantes fréquentielles et temporelles connues comme par exemple un signal rectangulaire de fréquence variable, pouvant couvrir tout le spectre audible sélectionné pour que tous les haut-parleurs (HPB, HPB) de l'enceinte fonctionnent en même temps et que chaque haut-parleur (HPB, HPH) reproduise une partie de ce signal selon la bande de fréquences qui lui a été confiée. 2) Mesure de la non-linéarité d'amplitude et de phase de l'ensemble hautparleurs-enceinte causée par le couplage des haut-parleurs (HPB, HPH). 3) Définition des paramètres (M, N) des lignes à retard associées à chaque filtre numérique (Filtre B et Filtre H) en amont des amplificateurs de puissance (AP) qui alimentent chacun un haut-parleur (HPB, HPH) de sorte que le temps de propagation de groupe de l'ensemble précédent soit constant pour toutes les fréquences afin de minimiser l'erreur ERR. 4) Intégration des paramètres de délais (M, N) précédemment définis associés au filtre de compensation pour les basses fréquences (Filtre B). 5) Nouvelle mesure, pour obtenir une nouvelle valeur ERR, si ERR n'est pas nulle ou négligeable, retour au point 1) et ajout de nouvelles compensations. 17. Procédé d'étalonnage de l'unité de traitement audio selon l'une quelconque des revendications précédentes de 10 à 16, caractérisé en ce que l'on procède selon les deux étapes suivantes: linéarisation en amplitude et en phase en fonction de la fréquence de la réponse de chaque haut- parleur (HPB, HPH) de l'enceinte acoustique; et optimisation en amplitude et en phase du couplage entre les haut-parleurs (HPB, HPH) afin que le rayonnement acoustique autour de l'enceinte présente le moins de lobes secondaires possibles. 18. Procédé de traitement selon la revendication 17 caractérisé et en ce que, au cours de l'étalonnage de l'unité de l'invention, un analyseur audio (AA) mesure la non-linéarité que le son subit par les haut-parleurs (HPB, HPH) et l'enceinte et en ce que, le logiciel d'étalonnage (L) détermine l'importance de cette non-linéarité au sens de la perception humaine grâce au modèle psychoacoustique (M) et donne une erreur audible à minimiser (ERR).