Brevet FR2985143A1 — publié le 20130628

Nouveau système de haut-parleurs pour la reproduction 5 stéréophonique en automobile et véhicule automobile équipé suivant ce nouveau système. 10 Le procédé stéréophonique permet la création d'une scène sonore continue à partir de deux sources ponctuelles à 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 15 gauche et droit ne sont pas placés à égale distance des auditeurs. Ceci entraîne d'importantes distorsions de niveau et de phase entre les canaux qui perturbent profondément la reproduction de l'image stéréophonique et le son émis par les installations traditionnelles semble le plus souvent 20 provenir de l'environnement immédiat du haut-parleur le plus proche l'auditeur. Le spectre des fréquences audibles par l'oreille humaine, s'étend de 20 Hz à 20 000' Hz, et l'image sonore 25 stéréophonique est formée par les fréquences supérieures à environ 150 Hz. La présente invention est un procédé et un dispositif permettant d'améliorer l'image sonore stéréophonique dans 30 une automobile et concerne donc les fréquences supérieures à 150 Hz. Dans ce qui suit nous appellerons « scène sonore » l'ensemble des points de l'espace d'où semble provenir la 35 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. 40 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 l'autre de la scène sonore. Le milieu de l'image sonore doit 45 correspondre au milieu de la scène sonore. Nous dirons qu'une modulation stéréophonique est en « mode isobare corrélé » lorsque les deux canaux sont en phase et de niveaux identiques. Une modulation qui reproduit un chanteur au milieu de l'image sonore est en mode isobare corrélé. Nous dirons qu'une modulation stéréophonique est en « mode isobare non corrélé » 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 isobare non corrélé. Nous dirons qu'une 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 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. La figure 1 illustre une configuration traditionnelle classique d'emplacements de haut-parleurs dans une automobile. Les haut-parleurs 1 et 2 diffusent les fréquences médium et les haut-parleUrs 3 et 4 diffusent les fréquences aiguës. Les graphes 5 et 6 représentent la densité spectrale de l'image sonore perçue par l'auditeur assis sur le siège 7 respectivement en mode isobare non corrélé et en mode isobare corrélé. Dans ces graphes ainsi que dans les suivants plus les traits sont rapprochés et plus importante est la densité spectrale. Les graphes 8 et 9 représentent les densités spectrales de l'image sonore perçue par l'auditeur assis sur le siège 10 respectivement en mode isobare non corrélé et en mode isobare corrélé. Les spectres 5 et 8 d'une part et 6 et 9 d'autre part sont sensiblement symétriques par rapport à l'axe de symétrie longitudinale du véhicule. La caractéristique commune des images stéréophoniques fournies par ce type de configuration est un déséquilibre de la densité spectrale en faveur de l'extrémité de la scène sonore la plus proche de l'auditeur, et un centre de l'image sonore mal corrélé, mal positionné et instable. Dans les véhicules de haut de gamme l'ajout d'une voie centrale permet d'améliorer la position et la corrélation du centre de la scène sonore mais en aucun cas elle ne compense le déficit de densité spectrale que l'on constate systématiquement au voisinage du haut-parleur le plus éloigné de l'auditeur. On connaît le dispositif proposé par la société Cabasse dans le brevet français N° 2 865 096 et celui proposé par la société Akamys dans le brevet français N° 2 918 352 pour améliorer la reproduction stéréophonique en automobile. Ces dispositifs sont basés sur des traitements de la phase stéréophonique. Ces traitements améliorent la production du mode corrélé mais laissent persister les déficits de densité spectrale de la scène sonore dans la zone située à proximité du haut-parleur le plus éloigné de l'auditeur. Nous avons dans le brevet français N° 2 808 404 proposé de positionner les haut-parleurs sous les auditeurs au niveau des sièges du véhicule comme l'illustre la figure 2 dans laquelle les haut-parleurs 11 et 12 sont positionnés avec un axe sensiblement horizontal conformément à la revendication 1 dudit brevet. Les graphes 13 et 14 représentent la densité spectrale de l'image sonore perçue par l'auditeur assis sur le siège 7 respectivement en mode isobare non corrélé et en mode isobare corrélé. Les graphes 15 et 16 représentent les densités spectrales de l'image sonore perçue par l'auditeur assis sur le siège 10 respectivement en mode isobare non corrélé et en mode isobare corrélé. Les spectres 13 et 15 d'une part et 14 40 et 16 d'autre part sont sensiblement symétriques par rapport à l'aide de symétrie longitudinale du véhicule. Cette configuration s'avère avantageuse par rapport à celle de la figure 1 sur deux plans : d'une part elle 45 engendre un centre de l'image sonore bien positionné dans l'axe de symétrie longitudinale de la voiture et d'autre part elle procure une densité spectrale de l'image sonore homogène sur les trois-quarts de la largeur de la scène sonore allant de la zone située en face de l'auditeur jusqu'à son extrémité la plus éloignée. Mais cette position est avérée présenter trois défauts : d'une part un déficit de densité spectrale de l'image sonore à l'extrémité de la scène sonore la plus proche de l'auditeur, d'autre part l'image sonore est plus basse que celle produite par les haut-parleurs situés sur le tableau de bord et enfin la corrélation du centre de la scène sonore est assez médiocre. La présente invention est un procédé et un dispositif de reproduction stéréophonique pour automobile, qui n'a pas les défauts rappelés plus haut dans les installations traditionnelles, ni ceux constatés du procédé suivant notre brevet N° 2 808 404, ni ceux qui persistent dans les procédés proposés par Cabasse et Arkamys. Ce procédé est une amélioration dispositif que nous avons proposé dans le brevet français N° 2 808 404 afin de diminuer ses défauts sans nuire à ses qualités. Cette amélioration consiste à rajouter à ce dispositif 25 deux haut-parleurs situés à la périphérie de l'habitacle de préférence aux extrémités du tableau de bord par exemple intégrés aux montants du pare-brise. Nous appellerons dans ce qui suit haut-parleurs 30 intérieurs les haut-parleurs situés au niveau des sièges du véhicule et haut-parleurs extérieurs les deux haut-parleurs ajoutés. Comme nous l'avons dit plus haut, un des défauts du 35 dispositif proposé dans notre brevet N° 2 808 404 est un déficit de densité spectrale à l'extrémité de la scène sonore la plus proche de l'auditeur. À l'inverse, l'image sonore produite par les haut-40 parleurs extérieurs procure un excédent de densité spectrale à l'extrémité de la scène sonore la plus proche de l'auditeur. Ainsi, en ajustant convenablement le niveau des haut-45 parleurs extérieurs par rapport aux haut-parleurs intérieurs on obtient en mode isobare non corrélé une densité spectrale de l'image sonore uniforme sur toute l'étendue de la scène sonore simultanément pour deux auditeurs situés côte à côte. Mais, en mode isobare corrélé cette configuration 5 fournit un centre de l'image sonore médiocrement corrélé et situé en face de chaque auditeur. Une méthode connue pour améliorer la position du centre de la scène sonore est d'asservir les rapports de 10 niveau entre les haut-parleurs intérieurs et les haut-parleurs extérieurs à l'indice de corrélation de phase entre les canaux afin de privilégier les haut-parleurs intérieurs en mode corrélé et ainsi d'améliorer la position du centre de la scène sonore. 15 Cette méthode conduit à obtenir en mode corrélé une qualité de reproduction identique à celle de la configuration de notre brevet numéro 2 808 404 avec ses défauts. 20 Une première caractéristique de la présente invention est de corriger ces défauts en conservant un signal sur les haut-parleurs extérieurs en mode isobare corrélé. 25 En effet, nous avons remarqué en filtrant avec un filtre passe-haut la modulation parleurs extérieurs qu'au fu augmentions la fréquence de coup position du centre de la sc 30 progressivement de l'axe de véhicule. délivrée par les haut- r et à mesure que nous ure du filtre passe-haut la ène sonore se rapprochait symétrie longitudinal du Nos essais sur plusieurs véhicules ont montré qu'en adoptant une fréquence de coupure d'environ 1000 Hertz, 35 d'une part le centre de l'image sonore était en mode isobare corrélé quasiment à la même place que celle obtenue avec les haut-parleurs intérieurs seuls mais que de plus, il était mieux corrélé et que sa hauteur était améliorée ce qui était une amélioration très sensible par rapport aux résultats 40 obtenus avec les haut-parleurs intérieurs seuls. De plus la présence d'un signal sur les haut-parleurs extérieurs a permis d'orienter l'axe des haut-parleurs intérieurs dans une direction proche' de la verticale ce qui 45 a permis d'en améliorer la reproduction des transitoires sans nuire pour cela à la hauteur de l'image sonore. La figure 3 illustre une configuration conforme à la présente invention ainsi que ses résultats d'écoute. Des haut-parleurs intérieurs 17 et 18 sont positionnés au niveau des sièges avant du véhicule avec un axe proche de la verticale. Des haut-parleurs extérieurs 19 et 20 sont positionnés aux extrémités de l'habitacle avec un axe de préférence horizontal et orienté vers les auditeurs. Les graphes 21, 22 et 23 représentent les densités spectrales de l'image sonore pour l'auditeur assis sur le siège 7. Le graphe 21 représente la densité spectrale de l'image sonore en mode isobare non corrélé pour les fréquences supérieures 1000 Hertz. Le graphe 22 représente la densité spectrale de l'image sonore en mode isobare non corrélé pour les fréquences inférieures à 1000 Hertz. Le graphe 23 représente la densité spectrale de l'image sonore en mode isobare corrélé pour l'ensemble du spectre. Les graphes 24, 25 et 26 représentent les densités spectrales de l'image sonore pour l'auditeur assis sur le siège 10. Le graphe 24 représente la densité spectrale de l'image sonore en mode isobare non corrélé pour les fréquences supérieures à 1000 Hertz. Le graphe 25 représente la densité spectrale de l'image sonore mode isobare non corrélé pour les fréquences inférieures à 1000 Hertz. Le graphe 26 représente densité spectrale de l'image sonore en mode isobare corrélé pour l'ensemble du spectre. Cette configuration fournit une qualité de restitution supérieure à celle des configurations des figures 1 et 2 et peut être reproduite par un autoradio classique, en branchant en parallèle les haut-parleurs 17 et 19 d'une part et 18 et 20 d'autre part et en filtrant le signal destiné aux haut-parleurs 19 et 20 avec un filtre du premier ordre c'est-à-dire avec un simple condensateur. Selon la présente invention, cette configuration peut être améliorée en séparant les signaux alimentant les haut-parleurs intérieurs et les haut-parleurs extérieurs, et en diffusant par les haut-parleurs extérieurs la bande des fréquences supérieures 1000 Hertz de manière permanente et en supprimant la bande des fréquences inférieures à 1000 en mode isobare corrélé. Ceci peut être réalisé en asservissant la bande des fréquences inférieures à 1000 Hz délivrée par haut-parleurs extérieurs à l'indice de corrélation de phase entre les deux canaux. Cet indice «c» est égal à zéro lorsque les phases des deux canaux ne sont pas corrélées et il est égal à 1 lorsqu'elles sont corrélées. Selon la présente invention, deux solutions sont possibles. La première qui n'est aisément praticable qu'en traitement numérique consiste à faire varier de manière continue la fréquence de coupure du filtre passe-haut entre une fréquence basse FI, par exemple 150 Hertz en mode non 10 corrélé et une fréquence haute FI, par exemple 1000 Hertz en mode corrélé. Ce qui s'obtient facilement, F, étant cette fréquence variable en faisant : Fv= Fb + c x ( Fh - Fb ) (1) 15 La seconde solution consiste à diviser le spectre des signaux délivrés par les haut-parleurs extérieurs en deux parties à l'aide deux filtres passe-haut et passe-bas complémentaires accordés aux environs de 1000 Hertz, de 20 garder les niveaux des modulations délivrées par les filtres passe-haut intacts et d'asservir les niveaux des modulations délivrées par les filtres passe-bas NPB à l'indice de corrélation de phase «c» de manière à ce que les haut-parleurs extérieurs reproduisent l'intégralité des 25 fréquences situées au-dessus de 150 Hz en mode non corrélé et seulement la partie passe-haut en mode corrélé ce qui s'obtient en multipliant les niveaux des filtres passe-bas NPB par le complément à 1 de l'indice «c» de corrélation de phase entre les canaux. Les niveaux variables des canaux 30 passe-bas NPBVdeviennent : N pBv -=2 C) X N pB (2) Ce qui est évident à réaliser en numérique, et facile 35 à réaliser en analogique en utilisant des circuits à niveau de sortie commandés en tension par exemple des circuits THAT 2180. Cet asservissement donne de bons résultats en mode 40 isobare, mais en mode déséquilibré, il contrarie le déséquilibre. Le déséquilibre entre les canaux peut être exprimé en I1utilisant le rapport r- NG-ND qui exprime le rapport NG+ND entre la valeur absolue de la différence de niveau entre les canaux et leur somme qui est toujours positif et dont la 5 valeur varie de manière continue entre 0 en mode isobare et 1 en mode déséquilibré. Son complément à 1, à savoir n-(1-r) qui vaut 1 lorsque les niveaux des deux canaux sont égaux et zéro 10 lorsque le niveau d'un canal est nul peut être utilisé comme indice de corrélation de niveau entre les deux canaux. Selon la présente invention, il est avantageux d'asservir l'action de l'indice de corrélation de phase «c» 15 à l'indice de corrélation de niveau «n» défini plus haut. Ce qui peut être réalisé en remplaçant «c» par Cn=cxn.De cette manière, l'action de «c» est intacte lorsque n=1 c'est-à-dire en mode isobare et elle s'annule lorsque n=0 c'est-à-dire en mode déséquilibré. 20 Les équations (1) et (2) deviennent : Fv= Fn + Cnx (Fn - Fn) (3) N pBv = C n) x N pB (4) En outre en mode déséquilibré, les haut-parleurs intérieurs ont tendance rétrécir la scène sonore. En multipliant leur niveau par «n» on supprime ce rétrécissement ce qui s'obtient en faisant : N1 =nxN, (5) Lorsqu'en passant du mode isobare au mode déséquilibré on supprime les haut-parleurs intérieurs, on diminue le niveau général qu'il est avantageux de compenser 35 en augmentant le niveau des haut-parleurs extérieurs. Selon la présente invention, une amélioration consiste à asservir le niveau des haut-parleurs extérieurs au rapport r de manière à augmenter leur niveau en mode déséquilibré 40 afin de compenser l'absence des haut-parleurs intérieurs. 25 30 Le taux d'augmentation dépend de l'indice de corrélation de phase entre les haut-parleurs intérieurs et les haut-parleurs extérieurs il peut donc varier entre 3 dB et 6 dB. La valeur moyenne de 4,5 dB donne en général un bon résultat ce qui s'obtient en faisant : NEV = (1+ 0, 7 x r) x NE (6) De cette manière, la largeur de la scène et le niveau 10 général reste intact mode déséquilibré. En résumé, selon la présente invention, une bonne reproduction dans les trois modes stéréophoniques à savoir le mode isobare corrélé, le mode isobare non corrélé et le 15 mode déséquilibré s'obtient en faisant dans le mode de réalisation de l'équation (3): NPBEV = + 0,7 X r)X N pBE (7) Et dans le mode de réalisation selon l'équation (4) 20 NPBEV = (1- C ,i) X (1+ 0,7 X r)X N pBE (8) N PBE étant le niveau d'origine des filtres passe-bas des canaux extérieurs et NPBEV étant le niveau des filtres 25 passe-bas à la suite des deux asservissements nécessaires. NPHE étant le niveau d'origine des filtres passe-haut des canaux extérieurs et NPHEV étant le niveau de ces filtres à la suite de l'asservissement nécessaire, nous 30 devons avoir : NPHEV = (1+ 0,7 Xr)X N NIE (9) NI. étant le niveau d'origine des haut-parleurs 35 intérieurs et N/17 étant le niveau de ces haut-parleurs à la suite à l'asservissement nécessaire nous devons avoir : N =nxN1 ( 1 0 ) 40 La figure 4 illustre un mode de réalisation d'un dispositif 1 suivant l'équation (4) du présent document. Les canaux d'entrée G et D alimentent d'une part un filtre actif passe-haut 2 accordé aux environs de 1000 Hertz, ensuite un filtre actif passe-bas 3 complémentaire du précédent, ensuite un étage à gain commandé 4 et enfin un circuit du calcul analogique 5 à la sortie duquel on dispose de trois tensions de commande conformes aux équations 7, 9 et 10. Le filtre passe-haut 2 alimente un étage à gain commandé 6 et le filtre passe-bas 3 alimente un étage à gain commandé 7. L'étage 8 réalise la sommation des spectres 10 passe-haut et passe-bas des canaux gauche et droit. L'étage 4 est commandé selon l'équation (10) par une tension proportionnelle à n, l'étage 6 est commandé selon l'équation (9) par une tension proportionnelle à (1+0,7xr) et l'étage 7 est commandé selon l'équation '(7) par une tension 15 proportionnelle à (1-(;)x(1+0,7xr). la sortie du dispositif 1 on dispose des signaux GE et DE aptes à alimenter les amplificateurs de puissance des haut-parleurs extérieurs et des signaux GI et DI aptes à 20 alimenter les amplificateurs de puissance des haut-parleurs intérieurs. La figure 5 illustre les résultats obtenus dans le trois modes stéréophoniques grâce aux différents 25 asservissements. Les graphes 21 et 24 représentent les densités spectrales des images sonores en mode isobare non corrélé respectivement pour les auditeurs assis sur les sièges 7 et 10. Les graphes 23 et 26 représentent les densités spectrales des images sonores du mode isobare 30 corrélé respectivement pour les auditeurs assis sur le siège 7 et 10. Le graphe 27 représente la densité spectrale du mode déséquilibré à gauche et le graphe 28 la densité spectrale 35 du mode déséquilibré à droite pour l'auditeur assis sur le siège 7. Le graphe 29 représente la densité spectrale du mode déséquilibré à gauche le graphe 30 la densité spectrale du mode déséquilibré à droite pour l'auditeur assis sur le siège 10. 40 45 REVENDICATIONS1 - Dispositif de reproduction stéréophonique pour véhicules automobiles du type comportant des haut-parleurs reproduisant au moins les fréquences médium et aigus au-dessus d'environ 150 Hertz situés au niveau 10 des sièges avant du véhicule appelé haut-parleurs intérieurs et caractérisé par le fait que l'on rajoute des haut-parleurs situés à la périphérie de l'habitacle par exemple aux extrémités du tableau de bord appelés haut-parleurs extérieurs reproduisant au moins la bande 15 des fréquences médium et aigus situées au-dessus d'environ 1000 Hertz. 2 - Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que le registre des fréquences inférieures 20 à 1000 Hz diffusé par les haut-parleurs situés en périphérie de l'habitacle est asservi aux indices de corrélation de niveau et de phase entre les canaux de manière à ce que les haut-parleurs situés en périphérie de l'habitacle reproduisent la totalité du spectre en 25 modes non corrélé et déséquilibré et uniquement les fréquences supérieures à environ 1000 Hz en mode isobare corrélé. 3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 et 30 caractérisée par le fait que le niveau des haut- parleurs intérieurs est asservi au rapport des niveaux entre les canaux de manière à ce que leurs niveaux restent inchangés en mode isobare et qu'ils diminuent lorsque le niveau d'un canal devient sensiblement plus 35 élevé que celui de l'autre et qu'ils s'annulent lorsque le niveau d'un des deux canaux s'annule. Afin de conserver intact le niveau général, le niveau de l'ensemble des signaux diffusés par les haut-parleurs extérieurs augmente progressivement lorsque le niveau 40 d'un canal devient sensiblement plus élevé que celui de l'autre jusqu'à environ 4,5 dB lorsque le niveau d'un canal est égal à zéro. 4 - Véhicule automobile équipé d'un dispositif de 45 reproduction stéréophonique conforme à l'un des trois revendications précédentes.