Brevet FR2984064A1 — publié le 20130614

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REPRODUCTION SONORE DES FREQUENCES BASSES Le domaine de la présente invention est celui de la reproduction 5 sonore de signaux à canaux multiples. De tels signaux audio sont généralement associés à des images telles que produites par le cinéma ou des enregistrements vidéo. Classiquement, ces signaux audio sont reproduits par une pluralité 10 d'enceintes acoustique pourvues de moyens d'amplification, l'ensemble étant associé à un écran reproduisant les images de cinéma ou vidéo. Plus précisément, les signaux audio sont généralement répartis en six ou huit canaux comportant trois canaux principaux fournissant des 15 signaux individuels pouvant couvrir tout le spectre des fréquences audio (de 20 Hz à 20 kHz), deux ou quatre canaux dits d'effets et un canal d'effets de graves reproduisant un spectre de fréquences limité aux fréquences inférieures à une fréquence déterminée dite de coupure le plus souvent comprise entre 80 Hz et 120 Hz. 20 Les signaux de fréquence supérieure à ladite fréquence de coupure sont reproduits par des enceintes acoustiques non spécialisées. Comme le nombre de ces enceintes est généralement de cinq ou sept, il est préférable de mettre en oeuvre des enceintes de petite taille, pour des raisons 25 esthétiques ainsi que pour la facilité de l'agencement de la pièce. De telles enceintes ont généralement une aptitude limitée à reproduire les fréquences les plus basses du spectre de fréquences audio. De manière classique, on filtre les signaux des trois canaux 30 principaux suivant une fonction passe-haut à ladite fréquence de coupure pour alimenter les enceintes non spécialisées, et on alimente une enceinte spécialisée en fréquences basses avec la somme des signaux des trois canaux principaux que l'on filtre suivant une fonction passe-bas à ladite fréquence de coupure. On ajoute également à cette somme de signaux filtrés 35 le signal provenant du canal d'effets de graves. Les signaux des deux ou quatre canaux dits d'effets comportent généralement très peu de basses fréquences, et la reproduction de ces fréquences sur ces canaux n'est pas critique dans la plupart des cas. 40 Un premier inconvénient à de tels dispositifs est que la somme des signaux principaux n'est pas corrélée en phase ni alignée dans le temps avec le signal d'effets de graves, qui est enregistré séparément. 1 Il en résulte une incohérence dans la somme des signaux devant être reproduits par l'enceinte spécialisée en fréquences basses, ce qui crée une perte de qualité globale. Un deuxième inconvénient de tels dispositifs est qu'une telle enceinte spécialisée dans les fréquences basses excite les ondes stationnaires de la pièce de façon variable suivant son positionnement. Ces ondes stationnaires créent des réponses en fréquences très irrégulières et variables et suivant la position de l'auditeur dans la pièce. Une solution partielle a été trouvée à ce deuxième inconvénient : On multiplie les enceintes spécialisées en fréquences graves et on les dispose en différents endroits de la pièce de manière à réduire les irrégularités et variations des réponses en fréquences. Ces enceintes sont toutes alimentées par le même signal, parfois retardé individuellement pour chaque enceinte de manière à tenir compte de sa position dans la pièce. Cette solution n'est que partiellement satisfaisante et est très difficile à mettre en oeuvre. L'objet de la présente invention est un dispositif et un procédé de mise en oeuvre dudit dispositif pour la diffusion sonore de basses fréquences, inférieures à ladite fréquence de coupure, qui ne présente pas les inconvénients décrits précédemment. Le dispositif de la présente invention est généralement destiné à fonctionner avec un écran soit de projection, soit de diffusion directe d'images. 30 Plus précisément, la présente invention concerne un procédé et dispositif de sonorisation en basses fréquences pour la diffusion sonore dans une pièce de signaux audio provenant d'au moins trois canaux dits principaux respectivement gauche, centre et droit et d'un canal dit d'effets de basses fréquences, caractérisés en ce que au moins cinq enceintes 35 acoustiques spécialisées dans la reproduction des fréquences audio inférieures à 120Hz sont mises en oeuvre dont quatre sont disposées dans les angles de ladite pièce et au moins une enceinte est disposée à proximité de l'écran. 40 De préférence, un procédé et dispositif selon l'invention comprend deux enceintes disposées dans les angles les plus proches de l'écran qui sont dites frontales et reçoivent un signal dit d'effets de basse fréquences et ne reçoivent pas les signaux desdits trois canaux principaux. 25 2 Dans la mise en oeuvre du procédé et dispositif selon l'invention ladite au moins une enceinte disposée à proximité de l'écran reçoit un signal filtré passe-bas à partir de l'un quelconque des signaux des canaux dits principaux ou de la somme de deux ou trois de ces signaux. Selon un premier mode de réalisation d'un procédé et dispositif selon l'invention, deux enceintes sont prévues disposées dans les angles les plus éloignés dudit écran reçoivent un signal constitué de la somme des signaux attribués aux autres enceintes inversés en polarité, retardés individuellement en fonction des distances entre les autres enceintes et elles- mêmes, et filtrés en passe-bas. Selon une deuxième mode de réalisation d'un procédé et dispositif selon l'invention, les deux enceintes disposées dans les angles les plus 15 éloignés dudit écran reçoivent chacune un signal provenant d'un microphone disposé à sa proximité immédiate, ledit signal étant inversé en polarité. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortent de la 20 description donnée ci-dessous d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés dans lesquels : La Fig. 1 est une vue symbolique d'un dispositif selon l'invention. 25 La Fig. 2 est une vue en plan de la disposition d'un dispositif selon l'invention dans une pièce. La Fig. 3 est un diagramme représentant les différentes connections d'un dispositif selon l'invention suivant un premier mode de 30 réalisation. Et La Fig.4 est un diagramme représentant les différentes connections 35 d'un dispositif selon l'invention suivant un deuxième mode de réalisation. Plus en détail, en référence à la Fig.1, un écran de projection 10 est prévu dans une pièce. Alternativement, il peut s'agir d'un écran actif de diffusion. Cinq enceintes 11, 12, 13, 14 et 15 sont également prévues dans la 40 pièce. Les enceintes 11, 12, 13, 14 et 15 sont de type spécialisées pour la reproduction des fréquences les plus basses du spectre audio, c'est-à-dire de 20Hz à 120 Hz. Ces enceintes peuvent être de même type, mais elles 3 peuvent aussi être différentes. Elles comprennent au moins un haut-parleur apte à reproduire les fréquences les plus basses du spectre audio, un caisson acoustique et des moyens d'amplification. Les enceintes 11, 13, 14 et 15 sont disposées aux quatre coins de la pièce (Fig.4), ladite pièce étant représentée rectangulaire. En pratique, les enceintes 11, 13, 14 et 15 sont disposées à une distance très proche des murs formant un angle, et reposent sur le sol. Par distance très proche des murs, on entend une distance inférieure à la moitié de la dimension minimum de chaque enceinte, bien que ce critère ne soit pas limitatif. L'enceinte 12 est disposée entre les enceintes 11 et 13, à une distance proche de l'écran 10. Sur le dessin, l'enceinte 12 a été représentée sensiblement à distance égale des enceintes 11 et 13, bien que ceci ne soit pas nécessairement le cas. En pratique, il est souhaitable que l'enceinte 12 soit à une distance de l'écran 10 inférieure à approximativement 94 cm, ce qui constitue le quart de la longueur d'onde à la fréquence de coupure maximum envisagée, soit 120 Hz. En référence à la Fig.3, le signal 1 est un signal d'effets de graves. Lors des enregistrements, ce signal est traité séparément des autres, et est destiné à créer des impressions en rapport avec le programme d'images diffusé. Etant limité aux fréquences graves et étant destiné à créer des impressions, s'il est en rapport avec les images, il ne nécessite pas cependant de réelle synchronisation avec celles-ci. Le signal d'effets de graves 1 est filtré suivant une fonction passe-bas à la fréquence de coupure par le filtre 21, et alimente simultanément les enceintes spécialisées dans la reproduction des fréquences basses 11 et 13. Les signaux 2,3 et 4 sont dits principaux. Il s'agit de signaux audio synchronisés avec les images sur l'écran : Le son doit correspondre de façon crédible avec l'action du film ou de la vidéo projetés. Les signaux 2, 3 et 4 alimentent traditionnellement des enceintes acoustiques classiques (non représentées), capables de reproduire la majorité des fréquences contenues dans lesdits signaux. La reproduction des fréquences les plus basses impose des contraintes de coût, d'encombrement et de positionnement dans la pièce qui ne sont pas généralement souhaitables. Pour s'affranchir de ces contraintes, on utilise des enceintes aptes à reproduire les fréquences supérieures à la fréquence de coupure, et on les alimente à partir de signaux filtrés suivant une fonction passe-haut à la fréquence de coupure, signaux dérivés des signaux 2, 3 et 4. 4 L'utilisation de telles enceintes et leur alimentation par des signaux filtrés suivant des fonctions passe-haut est connu en soi, et ne constitue pas l'objet de l'invention. La reproduction des fréquences inférieures à la fréquence de coupure contenues dans les signaux 2, 3 et 4 se fait, suivant l'invention, de la façon suivante: On fait la somme des signaux 2, 3 et 4 à l'aide d'un dispositif de sommation 17. La somme des signaux 2, 3 et 4 est ensuite filtrée suivant une fonction passe-bas par le filtre 22, puis alimente l'enceinte spécialisée dans la reproduction des fréquences basse 12. Par ailleurs, le signal d'effets de graves 1 et la somme des signaux principaux 2, 3et 4 sont retardés à l'aide d'un dispositif de retard 16 à 2 canaux de manière à permettre de retarder individuellement ces deux signaux. On effectue ensuite la somme de ces deux signaux et retardés à l'aide d'un dispositif de sommation 18, puis on filtre suivant une fonction passe-bas le signal résultant à l'aide du filtre 19. On inverse ensuite la polarité du signal ainsi obtenu à l'aide d'un dispositif d'inversion de polarité 20. Le signal ainsi inversé alimente alors les enceintes 14 et 15, qui sont pourvues de moyens d'amplification comportant chacun un réglage de niveau. Le réglage des retards affectés au signal 1 et à la somme des signaux 2, 3 et 4 par le dispositif de retard 16 se fait de manière suivante : le retard appliqué au signal 1 correspond au temps de propagation du son entre les enceintes 11 et 14, et le retard appliqué à la somme des signaux 2, 3 et 4 correspond au temps de propagation du son entre les enceintes 12 et 14. Le retard appliqué à la somme des signaux 2, 3 et 4 correspond au temps de propagation du son entre les enceintes 12 et 14. De préférence, la disposition des enceintes sera symétrique par 35 rapport à l'axe de la pièce, ce qui évite une différence du temps de propagation du son entre les enceintes 11 et 14 d'une part, et entre les enceintes 13 et 15 d'autre part. Cette contrainte pourra être surmontée en alimentant les enceintes 40 14 et 15 avec deux signaux individuels constitués chacun de la somme des signaux 1 et de la somme des signaux 2, 3 et 4, filtrés et retardés individuellement de manière à compenser les différences de distance entre les enceintes 12 et 14 d'une part et 12 et 15 d'autre part. 5 De préférence, le dispositif de retard 16, le dispositif de sommation 18 et le filtre 19 font partie d'un même dispositif de traitement numérique du signal. La mise en oeuvre du dispositif décrit ci-dessus se fait de la manière suivante : A l'aide d'un analyseur de spectre, on alimente le signal de test fourni par ledit analyseur en tant que signal 2, 3 ou 4 indifféremment. On mesure la pression acoustique à proximité immédiate de l'enceinte 14. La distance entre le microphone de mesure et l'enceinte doit être inférieure à la moitié de la dimension minimum de l'enceinte, et ledit microphone doit être placé devant la partie émissive de l'enceinte. On règle le niveau de l'enceinte 14 simultanément avec le temps de retard appliqué par le dispositif de retard 16 de manière que ladite pression acoustique soit minimum entre 20 Hz et 120 Hz. Une fois le réglage effectué, on recommence le même réglage pour l'enceinte 15. Ainsi, les enceintes 14 et 15 absorbent les ondes sonores dans les fréquences concernées, ce qui minimise les ondes stationnaires dans la pièce. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention représenté à la Fig.4, le signal d'effets de graves 1 est filtré suivant une fonction passe-bas à la fréquence de coupure par le filtre 21, et alimente simultanément les enceintes spécialisées dans la reproduction des fréquences basses 11 et 13. La reproduction des fréquences inférieures à la fréquence de coupure contenues dans les signaux 2, 3 et 4 se fait, comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, de la façon suivante: On fait la somme des signaux 2, 3 et 4 à l'aide d'un dispositif de sommation 17. La somme des signaux 2, 3 et 4 est ensuite filtrée suivant une fonction passe-bas par le filtre 22, puis alimente l'enceinte spécialisée dans la reproduction des fréquences basse 12. Il est possible d'utiliser une pluralité d'enceintes 12 alimentées par le même signal, sans sortir du cadre de la présente invention, cette variante n'étant pas toutefois représentée. Deux microphones 23 et 25 sont disposés à proximité immédiate des enceintes 14 et 15 respectivement. La distance entre chaque microphone et l'enceinte correspondante doit être inférieure à la moitié de la dimension minimum de l'enceinte, et ledit microphone doit être placé devant la partie émissive de l'enceinte. 6 Les microphones 23 et 25 alimentent des préamplificateurs 24 et 26, respectivement, aptes à transformer le signal produit par un microphone en signal pouvant être directement amplifié par un amplificateur. Les préamplificateurs 24 et 26 comportent des dispositifs d'inversion de polarité, qui sont mis en oeuvre dans le cadre de la présente invention. De préférence, un filtre passe-bas est prévu (27,28) entre chaque préamplificateur (24,26). Un tel filtre est de préférence réglé pour une réjection des fréquences supérieures à 200 Hz, cette fréquence constituant une dite deuxième fréquence de coupure. Cette dite deuxième fréquence de coupure peut être, au besoin, réduite à une fréquence plus basse de manière à s'adapter au mieux à l'environnement acoustique de la pièce. Pour mettre en oeuvre le dispositif tel que décrit dans ce deuxième mode de réalisation de l'invention, à l'aide d'un analyseur de spectre, on alimente le signal de test fourni par ledit analyseur en tant que signal 2, 3 ou 4 indifféremment. On mesure la pression acoustique à proximité immédiate de l'enceinte 14. La distance entre le microphone de mesure et l'enceinte doit être inférieure à la moitié de la dimension minimum de l'enceinte, et ledit microphone doit être placé devant la partie émissive de l'enceinte. On règle ensuite le niveau de l'enceinte 14 de manière que ladite pression acoustique soit minimum entre 20 Hz et 120 Hz. Les signaux 2, 3 et 4 alimentant également des enceintes (non représentées) reproduisant la majorité du spectre sonore, on alimente l'enceinte devant reproduire le signal 3, dit central, avec le signal de test fourni par l'analyseur. On règle ensuite ladite deuxième fréquence de coupure entre 120 Hz et 200 Hz de manière à obtenir le niveau sonore minimum dans cette gamme de fréquences. On reproduit ensuite le même procédé pour effectuer le réglage de l'enceinte 15. De la sorte, les ondes sonores de fréquences comprises entre 20 Hz et 200 Hz seront absorbées à proximité immédiate des enceintes 14 et 15 dans les angles de la pièce opposés à ceux occupés par les enceintes 11 et 13. Ces angles étant, dans une pièce rectangulaire, le lieu de la plus grande concentration d'ondes stationnaires, l'absorption fournie par les enceintes 14 et 15 est la plus efficace. On notera que, dans le cadre de l'invention, le deuxième mode de réalisation est considéré comme préférentiel. 7 Les modes de réalisation donnés dans la présente description sont des exemples non-limitatifs de l'invention, qui est définie par les revendications ci-après. 8 REVENDICATIONS1. Procédé et dispositif de sonorisation en basses fréquences pour la diffusion sonore, associée à un écran de diffusion vidéo (10) de 5 signaux audio du genre comprenant au moins trois canaux (2,3,4) dits principaux et un canal (1) dit d'effets de graves fréquences caractérisés en ce que au moins cinq enceintes acoustiques (11,12,13,14,15) spécialisées dans la reproduction des fréquences audio inférieures à 120Hz sont mises en oeuvre dont quatre (11,13,14,15) sont disposées dans les angles de ladite 10 pièce et au moins une (12) est disposée à proximité dudit écran. 2. Procédé et dispositif selon la revendication 1 caractérisés en ce que deux enceintes (11, 13) disposées dans les angles les plus proches dudit écran sont dites frontales et reçoivent un signal (1) dit d'effets de 15 basse fréquences dans sa polarité initiale et ne reçoivent pas les signaux gauche, centre ou droit. 3. Procédé et dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisés en ce que les deux enceintes (14,15)disposées dans 20 les angles les plus éloignés dudit écran reçoivent un signal constitué de la somme des signaux attribués aux autres enceintes inversés en polarité, retardés individuellement et filtrés en passe-bas 4. Procédé et dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 25 caractérisé en ce que les deux enceintes (14, 15) disposées dans les angles les plus éloignés dudit écran reçoivent chacune un signal provenant d'un microphone (23, 25) disposé à sa proximité immédiate, ledit signal étant inversé en polarité 30 5. Procédé et dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite au moins une enceinte (12) disposée à proximité de l'écran reçoit un signal filtré passe-bas à partir de l'un quelconque des signaux principaux (2, 3,4) gauche, centre et droit ou de la somme de deux ou trois de ces signaux 35 6. Procédé et dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite au moins une enceinte (12) disposée à proximité de l'écran reçoit un signal filtré passe-bas à constitué de la somme des signaux initiaux gauche, centre et droit sans pondération de niveau entre lesdits signaux. 40 9