Brevet FR3028378A1 — publié le 20160513

La présente invention est un nouveau procédé d'amélioration de la restitution des modulations stéréophoniques en automobile. Tous les véhicules de tourisme fabriqués par les 5 constructeurs d'automobiles sont équipés d'un système de haut-parleurs destiné à reproduire les modulations stéréophoniques. Une modulation stéréophonique est composée de deux signaux électriques appelés canaux gauche et droit destinés à alimenter deux haut-parleurs au travers de deux amplificateurs de 10 puissance. Le procédé stéréophonique permet d'obtenir une image sonore continue et homogène à partir de deux haut-parleurs à condition que l'auditeur soit situé à égale distance de ces deux haut-parleurs. 15 Or, il est impossible que deux auditeurs assis côte à côte dans une automobile soient situés à égale distance de deux haut-parleurs diffusant les canaux gauche et droit. En voiture, la différence de distance entre les haut-parleurs et les auditeurs provoque des distorsions de niveaux et 20 de phases qui perturbent profondément la reproduction des modulations stéréophoniques. En stéréophonie on appelle scène sonore l'ensemble des points de l'espace d'où semble provenir le son et image sonore la répartition des objets sonores à l'intérieur de la scène 25 sonore. Le centre de l'image sonore doit être reproduit au centre de la scène sonore. La différence de distance entre les haut-parleurs et les auditeurs déséquilibre la scène sonore et détériore l'image sonore. Le centre de l'image sonore n'est plus au centre de la 30 scène sonore mais à proximité du haut-parleur le plus proche. Les techniques visant à améliorer la reproduction stéréophonique en voiture se classent en deux catégories. D'une part les techniques mono-stéréophoniques qui visent à améliorer la reproduction pour un auditeur, en général le conducteur sans 35 se préoccuper des conséquences pour l'autre auditeur et d'autre part les techniques bi-stéréophoniques qui vient à améliorer la reproduction simultanément pour les deux auditeurs assis côte à côte dans la voiture. La mono-stéréophonie se justifie en ce qu'elle est beaucoup plus facile à mettre en oeuvre que la bi-stéréophonie et dans la mesure ou le conducteur est souvent seul dans sa voiture, il peut être jugé avantageux de prévoir un réglage mono- stéréophonique qui lui procure une écoute de meilleure qualité lorsqu'il est seul dans la voiture. La présente invention est une technique du type mono-stéréophonique. Nos essais ont consisté à améliorer la restitution pour le conducteur assis à l'avant gauche de la 10 voiture. On appellera dans ce qui suit « phase stéréophonique » la différence de phase électrique entre les canaux gauche et droit, et « phase stéréophonique acoustique », la différence de phase acoustique entre les canaux gauche et droit au point d'écoute. 15 On appellera dans ce qui suit distorsion de phase, la phase stéréophonique acoustique lorsque la phase stéréophonique électrique est nulle, c'est à dire lorsque les deux canaux sont en phase. En champ libre, lorsque l'auditeur est à égale distance des 20 haut-parleurs gauche et droit la distorsion de phase est nulle. En stéréophonie on distingue deux modes principaux. D'une part le mode isobare non corrélé dans lequel le niveau des canaux est identique mais leur phase n'est pas corrélée. Une modulation générant un choeur uniformément réparti sur toute la 25 largeur de la scène sonore est en mode isobare non corrélé. D'autre part le mode isobare corrélé dans lequel les deux canaux sont en phase et de niveaux identiques c'est à dire qu'ils délivrent le même signal. Une modulation générant un chanteur seul au milieu de l'image sonore est en mode isobare corrélé. 30 Lorsqu'une installation de reproduction stéréophonique fonctionne bien, l'auditeur perçoit en mode isobare non corrélé les deux extrémités de la scène sonore avec la même intensité et en mode isobare corrélé le centre de l'image sonore est reproduit au centre de la scène sonore avec une bonne 35 corrélation. Le centre de l'image sonore est généré par les deux haut-parleurs diffusant le même signal. Lorsqu'il y a distorsion de phase, le centre de l'image sonore n'est pas dans la même position à toutes les fréquences et donc le centre de l'image 40 sonore est mal corrélé. Dans une automobile équipée d'une installation basique d'une part en mode isobare non corrélé l'auditeur perçoit l'extrémité de la scène sonore la plus proche avec plus d'intensité que l'extrémité la plus éloignée et d'autre part en mode isobare corrélé le centre de l'image sonore n'est pas au centre de la scène sonore et de plus il est mal corrélé. La technique classique en matière de mono-stéréophonie consiste dans un premier temps à ajuster la balance de niveau entre les deux canaux afin que l'auditeur favorisé perçoive en mode isobare non corrélé les deux extrémités de la scène sonore avec la même intensité, puis, dans un deuxième temps à retarder le signal alimentant le haut-parleur le plus proche de l'auditeur pour créer un délai interaural provoquant le déplacement du centre de l'image sonore en direction du haut- parleur le plus éloigné. Cette technique permet effectivement de positionner le centre de l'image sonore au centre de la scène sonore mais elle a l'inconvénient de ne pas maîtriser la phase stéréophonique acoustique d'où une distorsion de phase entraînant un manque de corrélation du centre de l'image sonore. Nous avons dans le brevet français N° 2 985 143 proposé un procédé consistant dans un premier temps à annuler la distorsion de phase stéréophonique, ce qui engendre un centre de l'image sonore en face de l'auditeur puis dans un deuxième temps à déplacer le centre de l'image sonore pour l'amener au centre de la scène sonore en agissant sur les coefficients de la matrice stéréophonique, c'est à dire sur les pourcentages de signaux de somme et de différence dans les canaux gauche et droit. Ce procédé permet d'obtenir le centre de l'image sonore au 30 centre de la scène sonore avec une bonne corrélation mais au prix d'une double manipulation de la phase et de la matrice stéréophonique. La présente invention est un procédé permettant d'obtenir de manière plus simple le centre de l'image sonore au centre de 35 la scène sonore avec une bonne corrélation. Le procédé suivant la présente invention consiste comme dans le procédé classique dans un premier temps à ajuster la balance de niveau entre les deux canaux afin que l'auditeur favorisé perçoive en mode isobare non corrélé les deux 40 extrémités de la scène sonore avec la même intensité puis dans extrémités de la scène sonore avec la même intensité puis dans un deuxième temps à retarder le signal du haut-parleur le plus proche afin d'obtenir le délai interaural qui positionne le centre de l'image sonore dans la position désirée, l'innovation consistant dans un troisième temps à annuler la distorsion de phase résiduelle. Nous avons en effet découvert par hasard et il a été pour nous inattendu et remarquablement intéressant que l'opération de correction de la phase stéréophonique nécessaire à annuler la distorsion de phase ne change pas la position du centre de l'image sonore ce qui rend ce procédé très facile à mettre en oeuvre tout en procurant un excellent résultat. Il est couramment admis que les effets de la distorsion de phase sont perceptibles par l'oreille humaine jusqu'à environ 15 1500 Hz. Dans nos essais, nous avons annulé la distorsion de phase dans la bande 30 Hz - 1600 Hz. La valeur de la correction de phase à appliquer au canal gauche pour annuler la distorsion de phase à une fréquence donnée est le complément à zéro de la distorsion de phase telle 20 que définie plus haut. Par exemple si à 500 Hz la distorsion de phase au point d'écoute gauche est PG-çoDiG =30° on l'annule en décalant la phase du canal gauche à cette fréquence de - 300 . Pour nos essais, nous avons tout d'abord fait une mesure de 25 la distorsion de phase après application du décalage temporel en utilisant le logiciel SPECTRALAB v : 4.32.14 qui possède un outil de mesure de la différence de phase entre les signaux gauche et droit parvenant à l'entrée de la carte son. Nous avons installé un microphone à la position d'écoute 30 puis nous avons introduit un bruit rose à l'entrée de l'amplificateur alimentant le haut-parleur de gauche, et nous avons alimenté le canal gauche de la carte son avec le signal provenant du microphone et le canal droit avec le bruit rose alimentant l'amplificateur. 35 SPECTRALAB nous a fourni la différence de phase PG-ÇoBRiG pour chaque bande tiers d'octave entre 30 Hz et 1600 Hz que nous avons reporté dans EXCEL. Puis nous avons introduit le bruit rose à l'entrée de l'amplificateur alimentant le haut-parleur droit et SPECTRALAB nous a fourni la différence de phase [T0 D ÇDBR pour chaque bande tiers d'octave entre 30 Hz et 1600 Hz que nous avons reporté 5 dans EXCEL. En faisant dans EXCEL la différence entre les deux mesures nous obtenons: [ÇOG - q)BR]6 -PD - ÇDBRiG =PG - ÇDDL c'est à dire la distorsion de phase. Pour corriger la phase stéréophonique électrique, nous 10 avons utilisé l'outil « GRAPHIC PHASE SHIFTER » du logiciel Cool Edit Pro 2.1 qui permet de corriger la phase d'un signal de n'importe quelle valeur à n'importe quelle fréquence avec une précision absolue. Nous avons appliqué au canal gauche pour chaque tiers 15 d'octave un déphasage égal au complément à zéro de la valeur [çoG-çoD] donnée par EXCEL. Cette manipulation n'a pas donné le résultat escompté. Après investigations nous avons trouvé un bug dans l'outil GRAPHIC PHASE SHIFTER de COOL EDIT PRO 2.1. Il est en effet 20 d'une précision absolue mais fait le contraire de ce qu'on lui demande en appliquant un déphasage de signe inverse à celui demandé. Nous avons donc inversé le signe de la correction de phase et cette fois, nous avons obtenu l'annulation de la distorsion 25 de phase et constaté une amélioration très sensible de la corrélation du centre de l'image sonore. La courbe de la figure 1 est la distorsion de phase d'origine au point d'écoute gauche PG-04 dans notre véhicule d'essais. 30 Cette courbe est absolument catastrophique elle est à l'image de la qualité de restitution des installations d'origine non corrigées. La courbe de la figure 2 est la distorsion de phase résiduelle dans ce même véhicule après application d'un retard 35 de 1,31 ms sur le canal gauche. Il y a un peu d'amélioration mais la distorsion de phase résiduelle est encore très importante. La courbe de la figure 3 est la distorsion de phase résiduelle après application de la procédure d'annulation de la distorsion de phase. Ce résultat est tout à fait remarquable. Il montre que la phase acoustique est une fonction linéaire de la phase électrique ce qui n'avait à priori rien d'évident. Compte tenu de la complexité de la reproduction sonore dans un espace clos de faibles dimensions nous aurions pu avoir des ruptures de linéarité. Sur le plan industriel, la présente invention peut se décliner sous plusieurs formes. Pour des applications sur véhicules, en première monte ou en after-market il conviendra que l'homme de l'art implante dans le système de reproduction stéréophonique de la voiture un logiciel temps réel capable de modifier la modulation stéréophonique conformément au procédé suivant la présente invention après introduction des paramètres propres au véhicule. Le procédé suivant la présente invention étant du traitement du signal pur sans modification de l'installation 20 dans la voiture, on peut obtenir le résultat désiré avec une installation classique en modifiant le fichier audio. Dans Cool Edit Pro la modification du fichier audio conformément à la présente invention se fait en 3 étapes. Il serait avantageux de créer un logiciel permettant 25 d'opérer la modification en une seule étape que l'on pourrait enrichir d'une égalisation de niveau, ce qui permettrait d'obtenir une qualité de restitution apte a satisfaire les amateurs les plus exigeants qui pourraient ainsi se procurer des versions de leurs disques préférés adaptées à leur véhicule. 30 Ce logiciel irait chercher le paramétrage de la modification sur un serveur en indiquant le modèle du véhicule et de son équipement audio. Une variante serait qu'un site de vente en ligne de musique comme ITUNE enrichisse son offre en proposant des versions 35 corrigées adaptées à chaque véhicule. REVENDICATIONS1 - Procédé d'amélioration de la restitution d'une modulation stéréophonique en un point d'écoute d'une automobile 5 caractérisé par le fait que dans un premier temps on ajuste le rapport des niveaux des canaux gauche et droit afin que l'auditeur perçoive en mode isobare non corrélé les deux extrémités de l'image sonore avec la même intensité, que dans un deuxième temps on applique au signal alimentant le haut-parleur 10 le plus proche de l'auditeur un retard permettant d'amener en mode isobare corrélé le centre de l'image sonore dans la position souhaitée et que dans un troisième temps on annule la distorsion de phase pour la position d'écoute. 2 - Dispositif de reproduction stéréophonique équipé de 15 moyens de traitement du signal et caractérisé par le fait que les moyens de traitement sont configurés pour permettre la mise en oeuvre du procédé de réglage décrit dans la revendication 1. 3 - Véhicule automobile équipé d'un dispositif conforme à la revendication 2. 20 4 - Logiciel de traitement de modulations stéréophoniques caractérisé par le fait qu'il est capable en une seule opération de modifier une modulation stéréophonique conformément au procédé conforme à la revendication 1 et par le fait qu'il est agencé pour aller chercher sur un serveur les paramètres de 25 réglage d'un véhicule dont on lui aura indiqué le modèle et le type d'équipement audio. - Serveur de musique équipé d'un logiciel conforme à la revendication 4 et possédant en outre en mémoire les paramètres de correction pour chaque modèle de véhicule et agencé pour 30 fournir des morceaux de musique corrigés en fonction du modèle de véhicule indiqué par le client. 35