Brevet FR2985142A1 — publié le 20130628

Procédé et dispositif de réglage de la position du centre d'une image sonore stéréophonique principalement pour 5 véhicule automobile. Le procédé stéréophonique permet la reproduction d'une scène sonore continue à partir de deux sources ponctuelles à 10 condition que l'auditeur soit placé à égale distance de ces deux sources. Or, dans une voiture de conception traditionnelle, les haut-parleurs reproduisant les canaux gauche et droit ne sont pas placés à égale distance des auditeurs. Ceci entraîne d'importantes distorsions de niveau 15 et de phase entre les canaux qui perturbent profondément la reproduction de l'image stéréophonique et le son semble le plus souvent provenir de l'environnement immédiat du haut-parleur le plus proche l'auditeur. 20 La présente invention est un procédé et un dispositif permettant d'améliorer l'image sonore stéréophonique dans une automobile. Dans ce qui suit nous appellerons « scène sonore » 25 l'ensemble des points de l'espace d'ou semble provenir la modulation sonore. La scène sonore doit être la plus large possible. Elle doit être aussi homogène c'est à dire que tous ses points doivent être perçus avec le même timbre et la même intensité. 30 Nous appellerons « image sonore » le positionnement des objets sonores dans la scène sonore. L'image sonore doit être fidèlement reproduite. On doit par exemple percevoir sans difficulté le déplacement d'un objet sonore d'un coté à 35 l'autre de la scène sonore. Le milieu de l'image sonore doit correspondre au milieu de la scène sonore. Nous dirons qu'un signal de modulation stéréophonique est en « mode corrélé isobare » lorsque les deux canaux sont 40 en phase et de niveaux identiques. Une modulation qui reproduit un chanteur au milieu de l'image sonore est en mode corrélé isobare. Nous dirons qu'un signal de modulation stéréophonique 45 est en « mode non corrélé isobare » lorsque les niveaux des deux canaux sont égaux mais que leur phase n'est pas corrélée. Une modulation reproduisant des applaudissements ou un choeur homogènes sur toute l'étendue de la scène sonore est en mode non corrélé isobare. Nous dirons qu'un signal de modulation stéréophonique est en « mode déséquilibré » lorsque le niveau d'un canal est sensiblement supérieur à celui de l'autre que leur phase soit corrélée ou non. Une modulation reproduisant un instrument jouant seul à une extrémité de la scène sonore est en mode déséquilibré. Pour donner pleine satisfaction, un dispositif de reproduction stéréophonique doit assurer la bonne reproduction de chacun de ces trois modes. Nous appellerons dans ce qui suit « réglage asymétrique » le réglage d'une installation privilégiant un auditeur par rapport à l'autre et « réglage symétrique » le réglage d'une installation plaçant les deux auditeurs situés côte à côte sur un pied d'égalité en essayant 20 d'améliorer la reproduction stéréophonique de manière identique pour chacun d'eux. Le réglage asymétrique se justifie en ce que d'une part il donne une reproduction de qualité supérieure au 25 réglage symétrique et d'autre part il est beaucoup plus simple à mettre en oeuvre. Dans la mesure où le conducteur est fréquemment seul dans le véhicule, il est avantageux de prévoir un fonctionnement en réglage asymétrique. 30 L'état de l'art du réglage asymétrique consiste dans un premier temps à ajuster la balance de niveau entre les canaux gauche et droit en mode non corrélé de manière à ce que l'auditeur perçoive l'ensemble de la scène sonore avec la même intensité, puis à agir sur la phase entre les canaux 35 soit en retardant un canal par rapport à l'autre, soit en corrigeant la phase stéréophonique au moyen d'un dispositif tel que décrit dans le brevet français N° 2 855 931, soit une combinaison des deux afin d'amener le centre de l'image sonore au centre de la scène sonore qui correspond en 40 général au milieu du tableau de bord. En procédant de cette façon, on constate le plus souvent un manque de corrélation du centre de l'image sonore auquel s'ajoute parfois un manque de stabilité. Le manque de 45 corrélation s'explique de la manière suivante : lorsque les signaux parviennent en phase et avec la même intensité aux oreilles de l'auditeur le son semble provenir d'un point situé en face de l'auditeur. Lorsqu'on règle l'écart de phase entre les deux canaux 5 de manière à positionner le centre de l'image sonore au centre de la scène sonore, on introduit une distorsion négative de phase c'est-à-dire que le son provenant du haut-parleur le plus éloigné est en avance de phase sur le son provenant du haut-parleur le plus proche. C'est cette 10 distorsion de phase qui provoque le manque de corrélation du centre de l'image sonore. Le manque de stabilité s'explique la manière suivante : le fait que l'on soit dans un local clos de 15 faibles dimensions que l'on soit entouré de parois réfléchissantes entraîne que l'alignement temporel qui fonctionne très bien en champ libre ne fonctionne qu'imparfaitement dans une automobile et qu'en appliquant un simple décalage temporel le centre de l'image sonore 20 n'occupe pas la même position dans toutes les bandes de fréquences. l'on cherche même Lorsque sonore dans la 25 fréquences en stéréophonique, obtenir une bonne fréquences. amener le centre de l'image pour toutes les bandes de un égaliseur de phase l'on ne parvient pas à corrélation dans toutes les bandes de on à position utilisant constate que 30 Lorsque l'on cherche à obtenir une bonne corrélation du centre de l'image sonore dans toutes les bandes de fréquences le centre de l'image sonore ne se situe pas dans la même position pour toutes les bandes de fréquences. 35 L'État de l'art du réglage symétrique consiste à inverser la phase entre les deux canaux dans les bandes de fréquences ou la distorsion de phase acoustique dépasse les 90° pour les deux auditeurs. De cette manière on réduit les distorsions acoustiques de phase entre les deux canaux 40 simultanément pour les deux positions d'écoute ce qui entraîne un rapprochement du centre de l'image sonore du centre de la scène sonore pour les deux auditeurs. Or, dans certaines bandes de fréquences, ce 45 rapprochement n'est pas symétrique. Ceci a pour origine que le véhicule, du fait de l'aménagement du poste de conduite n'est pas acoustiquement strictement symétrique. Il serait donc avantageux à la fois pour le réglage symétrique et pour le réglage asymétrique de disposer d'un dispositif permettant de modifier la position du centre de l'image sonore sans requérir à une modification de la phase stéréophonique. La présente invention est un procédé et un dispositif permettant d'obtenir ce résultat. Nous connaissons le matriçage de base de la reproduction stéréophonique qui exprime chacun des canaux en 10 fonction de leur somme et de leur différence : G =0,5x(G+ D)+0,5x(G- D) D = 0,5x(D +G)+0,5x(D -G) ( 1 ) Lorsque (i = , (G - D) = (D - G) = 0 la reproduction est 15 monophonique et si les canaux sont en phase acoustique, la position de l'image de (G+D) dépend du rapport de niveau entre les canaux. Si nous appliquons à (G+D) et (D+G) des coefficients différents de 0,5 mais dont la somme reste égale à 1 nous 20 déplaçons le centre de la scène sonore sans en changer le niveau. soientKsg,Kdg,Ksd,Kdd les coefficients de la nouvelle matrice stéréophonique et Gn et Dn les nouveaux canaux. Gn = Ksg x (G + D)+ Kdg x (G - D) 25 (2 ) Dn = Ksd x (D + G) + Kdd x (D -G) Avec : Ksd = (1- Ksg) pour maintenir le niveau constant en mode corrélé. Calculons maintenant Kdg pour que G reste inchangé lorsque D=0. Lorsque D=0 il vient : 30 Gn = G x (Ksg + Kdg) et en faisant Gn = G il vient : Kdg = (1- Ksg) En posant Ksg=(0,5-k) notre nouvelle matrice stéréophonique devient : Dn = (0,5+ k)x (D +G)+ (0,5 - k)x (D -G) ( 3 ) L'expérience montre que pour translater le centre de l'image sonore de manière à obtenir la même position dans toutes les bandes de fréquence il faut un effet de balance 40 généralement compris entre 0 dB et 6 dB. Nous allons évaluer 35 Gn = (0,5 - k)x (G + D)+ (0,5 + k)x (G - D) les effets pervers de l'effet de balance maximum de 6dB. 6 décibels représentent un rapport de tension de 106/20=2 0,5 + k Nous avons donc : = 2 et donc : k = 0,16 . 0,5 - k Nous allons calculer les valeurs de Gn et Dn en mode 5 non corrélé. Lorsque G et D ne sont pas corrélés, leurs pressions acoustiques s'ajoutent quadratiquement : 10 NG + ND = iG2 + D2 et NG - ND = -'IG2 (-D)2 Si les niveaux de pression acoustique de G et de D sont égaux à 1, les niveaux de leur somme NG +ND et de leur différence NG -ND valent VL. Si G et D ne sont pas 15 corrélés (G+D) et (G-D) ne le sont pas non plus. Et nous avons donc : Gn = .\/(0,34 x Nii)2 + (0,66 x ,/i)2 =1,05 Dn = V(0,66 x Nri-)2 + (0,34 x N/2")2 =1,05 Gn=Dn et donc la balance de niveau entre les canaux gauche et droit est conservée. Il y a une très légère augmentation du niveau général d'un facteur 1,05 ce qui équivaut à 0,4 dB et est parfaitement inaudible. Reste à contrôler la valeur de Gn lorsque G est nul et la valeur de Dn lorsque D est nul. Gn = 0,34 x (+D)+ 0,66x (-D) = -0,32 x D 30 Dn = 0,66x (+G) + 0,34 x (-G) = +0,32 x G Le coefficient 0,32 correspond à un affaiblissement de - 10 db. Il y a donc apparition de signaux « fantômes » d'un niveau inférieur de 10 dB à la modulation principale qui 35 viennent se rajouter ou se retrancher à celle-ci. Aussi allons-nous parfaire la présente invention en supprimant les signaux parasites lorsque le niveau d'un des deux canaux sera nul. 20 25 Le nouveau matriçage n'est indispensable que pour reproduire le centre de la scène sonore c'est à dire lorsque les niveaux des deux canaux sont égaux. Il devient de moins en moins utile au fur et à mesure que l'on s'en éloigne, pour devenir parfaitement inutile et en outre créer un effet pervers aux extrémités de la scène sonore. Selon la présente invention, nous allons pour cela asservir les coefficients k de la matrice au rapport des 10 niveaux entre les canaux droit et gauche. Il existe plusieurs méthodes pour réaliser cet asservissement. Nous allons en décrire une particulièrement simple à mettre en oeuvre. 15 Considérons le rapport r =1G- Dl G+D qui est le rapport entre la valeur absolue de la différence entre les canaux et leur somme. Lorsque les deux canaux sont égaux ce rapport vaut 0 et lorsque l'un des deux canaux est nul il vaut 1. Lorsque le niveau d'un canal est 2 fois plus élevé que celui de l'autre r=1/3. r varie de manière continue entre 0 et 1 lorsque l'image sonore se déplace du centre vers un des deux côtés. Le rapport r est facile à obtenir avec des moyens connus ainsi que son complément à 1 : s=(1-r). s est égal à 1 lorsque les niveaux des deux canaux sont égaux et il est égal à zéro lorsque le niveau de l'un des canaux est nul. En multipliant k par s notre matrice stéréophonique devient : Gn=(0,5-s.k)x(G+D)+(0,5+s.k)x(G-D) Dn=(0,5+s.k)x(D+G)+(0,5-s.k)x(D-G) (4) Lorsque les deux canaux ont le même niveau s=1 et la matrice stéréophonique possède les nouveaux coefficients. 35 Lorsque le niveau d'un canal est nul s=0 et la matrice stéréophonique retrouve ses coefficients naturels la balance de centre alors inutile est inactive et l'effet pervers est supprimé. 40 Chaque changement de matrice correspondant à un changement d'image, l'évolution des coefficients n'est pas perceptible. 20 25 30 Dans la pratique, 3 modes de traitements de base sont possibles : - Le mode pleine bande avec traitement sur l'ensemble du spectre sonore - Le mode passe-haut et/ou passe-bas dans lequel une partie du spectre est traitée après filtrage actif - Le mode passe-bande dans lequel seule une bande issue d'un filtre passe-bande est traitée La figure 1 illustre un exemple de réalisation d'un dispositif 1 conforme à la présente invention dans le mode pleine bande. 15 Les canaux gauche et droit G'et D alimentent d'une part un premier étage du calcul analogique 2 à la sortie duquel nous trouvons nos signaux de somme et de différence et d'autre part un circuit de calcul analogique 3 chargé de 1G-DI calculer le coefficient s=1 , de le multiplier par G+ D 20 une tension k issue du potentiomètre de réglage 4 et de générer les deux tensions de réglage (0,5+ s.k) et (0,5- s.k) L'étage 4 est un quadruple circuit à gain commandé en tension de type THAT 2180 alimenté d'une part par les 25 signaux de somme et de différence entre les canaux et d'autre part par les tensions de commande (0,5 + s.k) et (0,5-s.k) issues du circuit 3. À la sortie du circuit 4 nous recueillons nos nouveaux 30 signaux stéréophoniques Gn et Dn conformes à l'équation (4). En faisant varier la valeur k nous modifions la position du centre de l'image sonore sans changer l'équilibre de la balance spectrale droite/gauche en mode 35 non corrélé, et en conservant le niveau général et les signaux originaux G ou D lorsque le niveau d'un canal est nul. La figure 2 représente un mode d'application du dispositif suivant la présente invention à une portion du 40 spectre audio délimitée par un filtrage actif. Les signaux d'entrée GetD sont appliqués à un filtre passe-haut 2, à un filtre passe-bas 4 et à un filtre passe-haut et passe-bas 3, complémentaire des deux autres. 10 La sortie du filtre 3 est appliquée à circuit 5 conforme au circuit 1 de la figure 1 puis les signaux issus des étages 2,4 et 5 sont additionnés dans l'étage 6 à la sortie duquel on dispose d'une modulation pleine bande dont seule une portion du spectre a été traitée. La figure 3 représente un mode d'application 1 du dispositif suivant la présente invention à une bande de fréquence issue d'un filtre passe-bande. Le signal d'entrée pleine bande est appliqué à un filtre passe-bande 2 par exemple une structure NHK pour chaque canal dont on utilise les sorties passe bande Gb et Db qui sont appliquées à l'étage 3 conforme au circuit 1 de la figure 1 à la sortie duquel on obtient les signaux Gnb et Dnb. L'étage de sortie 4 effectue les opérations : Gn = G - Gb + Gnb Dn = D - Db + Dnb qui consistent à remplacer les signaux contenus dans les passe-bande originaux par des signaux dont on a modifié la matrice stéréophonique dans l'étage 3. Ces trois modes de traitement de base peuvent être 25 utilisés en combinaison dans des applications analogiques ou numériques. 30 35 40 45 REVENDICATIONS1 - Dispositif de réglage de la position du centre de l'image sonore d'une installation de reproduction stéréophonique caractérisée par le fait que l'on modifie la matrice stéréophonique des canaux G et D en introduisant un coefficient k compris entre -0,5 et +0,5 tel que : Gn =(0,5- k)x (G + D) + (0,5 + k)x (G - D) Dn =(0,5+ k)x (D + G) + (0,5 - k)x (D - G) 2 - Dispositif de réglage conforme à la revendication 1 et caractérisée par le fait que l'on applique la nouvelle matrice stéréophonique sur l'ensemble des bandes de fréquences intervenant dans la formation de l'image stéréophonique. 3 - Dispositif conforme à la revendication 1 et caractérisé par le fait que l'on applique la modification de la matrice stéréophonique sur seulement une partie du spectre obtenue par un filtrage actif les parties du spectre étant additionnée après traitement ou alimentant chacune des composantes d'un système multivoies. 4 - Dispositif de réglage conforme à la revendication 1 et caractérisée par le fait que l'on applique la nouvelle matrice stéréophonique sur une bande de fréquences définie par un filtre passe-bande, en soustrayant du signal original le signal issu du filtre passe-bande, en appliquant la nouvelle matrice stéréophonique au signal passe-bande et en remplaçant le signal passe-bande soustrait par le nouveau signal passe-bande ainsi traité. 5 - Dispositif de réglage suivant l'une quelconque des 35 revendications précédentes et caractérisé par le fait que P-/1 l'on multiplie le coefficient k par: s=1 de manière G + D à ce que la nouvelle matrice reste inchangée lorsque les niveaux des deux canaux sont égaux et que la correction diminue progressivement lorsque le niveau d'un canal 40 augmente par rapport à celui de l'autre pour s'annuler lorsque que le niveau d'un canal est égal à zéro.