Brevet FR3042672A1 — publié le 20170421

La présente invention est un nouveau procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile. Tous les véhicules de tourisme fabriqués par les 5 constructeurs d'automobiles sont équipés d'un système de reproduction sonore destiné à reproduire les modulations stéréophoniques. Le procédé stéréophonique permet d'obtenir une image sonore continue et homogène à partir de deux sources ponctuelles à 10 condition que l'auditeur soit situé à égale distance de ces deux sources. Comme 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, le procédé 15 stéréophonique classique ne fonctionne pas correctement en automobile. Nous allons tout d'abord préciser la signification de certains termes techniques employés ci-après. En reproduction stéréophonique on appelle scène sonore 20 l'ensemble des points de l'espace d'où semble provenir la modulation sonore. La scène sonore doit-être la plus large et la plus profonde possible. On appelle image sonore la répartition des objets sonores à l'intérieur de la scène sonore. L'image sonore doit être 25 reproduite de manière homogène en matière de placement, de niveau et de timbre. Le centre de l'image sonore doit correspondre au centre de la scène sonore et en automobile il doit être situé dans une position proche du plan de symétrie longitudinal du véhicule. 30 L'image sonore stéréophonique est engendrée par les fréquences situées au-dessus d'environ 150 Hz. Les fréquences situées au-dessous sont les basses fréquences. En reproduction stéréophonique on distingue 3 modes principaux, à savoir! 35 - Le mode isobare non corrélé dans lequel les signaux électriques des deux canaux ont le même niveau mais leur phase n'est pas corrélée, par exemple une modulation stéréophonique 3042672 2 générant un choeur uniformément réparti sur toute la scène sonore est en mode isobare non corrélé. - Le mode isobare corrélé dans lequel les niveaux des signaux électriques des deux canaux sont égaux et les signaux gauche et droit sont en phase par exemple une modulation stéréophonique générant un chanteur seul au milieu de la scène sonore est en mode isobare corrélé - Le mode déséquilibré, dans lequel le niveau d'un canal est nul par exemple une modulation générant un instrument seul à 10 une extrémité de la scène sonore est en mode déséquilibré. Ces trois modes stéréophoniques principaux sont identifiables à l'aide des indices de corrélation de niveau (n) et de phase (c) entre les canaux. Ces indices prennent chacun, à chaque instant, une valeur 15 comprise entre 0 et 1. n=1 lorsque les niveaux des canaux sont égaux et n=0 lorsque le niveau d'un canal est nul. c=1 lorsque les deux canaux sont en phase et c=0 lorsque 20 la phase des deux canaux n'est pas corrélée. - Pour le mode isobare non corrélé n=1 et c=0. - Pour le mode isobare corrélé n=1 et c=1 - Pour le mode déséquilibré n=0 et c n'est pas défini 25 En mode isobare non corrélé la scène sonore doit être la plus large possible et les deux auditeurs doivent percevoir les deux extrémités de la scène sonore avec la même intensité on dit alors que la configuration est « double isobare ». La figure 1 représente schématiquement la configuration 30 traditionnelle adoptée actuellement par les constructeurs d'automobiles. Des haut-parleurs 1 et 2 sont installés dans les portes avant qui reproduisent les fréquences graves et médium, des tweeters 3 et 4 sont installés aux extrémités du tableau de bord 35 qui reproduisent les fréquences aiguës et des hauts parleurs large bande 5 et 6 sont installés dans les portes arrières. Cette configuration engendre de médiocres résultats. 3042672 3 - A l'avant et à l'arrière de la voiture, il y a prédominance du niveau sonore à l'extrémité de la scène sonore la plus proche de l'auditeur et le centre de l'image sonore est mal positionné et mal corrélé. 5 - Les basses fréquences sont mal réparties et notamment aux environs de 75 Hz il y a un déficit à l'avant de la voiture et une importante surpression à l'arrière. Dans certains véhicules on ajoute une voie centrale au milieu du tableau de bord, ce qui améliore la reproduction du centre de l'image sonore à l'avant de la voiture mais ne compense pas le déficit de niveau à l'extrémité de la scène sonore la plus éloignée de l'auditeur. Suivant le brevet français N° 2808407, nous avons proposé un nouveau procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile consistant à installer des haut-parleurs sous les sièges avant. Par rapport à la configuration traditionnelle, cette configuration est moins coûteuse et elle procure à l'avant de la voiture une bien meilleure reproduction de l'image stéréophonique, mais à l'arrière, le son manque de niveau et la reproduction des basses fréquences manque de niveau au dessous de 50 Hz à l'avant et à l'arrière de la voiture. Suivant le brevet français N° 2975857, nous avons amélioré le procédé ci-dessus décrit en prévoyant notamment un haut-parleur de basses supplémentaire diffusant les fréquences au dessous de 50 Hz. Dans le procédé suivant la présente invention nous avons étendu la bande passante de ce haut-parleur jusqu'à 100 Hz avec plusieurs bénéfices que nous décrierons. Suivant le brevet français N° 2985143, nous avons proposé une amélioration de la restitution de l'image stéréophonique à 30 l'avant de la voiture, mais la restitution à l'arrière reste insuffisante, ainsi que la restitution des basses fréquences. La présente invention est un nouveau procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile engendrant une bonne restitution des modulations stéréophoniques à l'avant et 35 à l'arrière de la voiture et une restitution des basses fréquences bien améliorée par rapport aux configurations connues. La figure 2 représente schématiquement la configuration de base du procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en 40 automobile selon la présente invention. 3042672 4 Des haut-parleurs 1 et 2 sont installés sous les auditeurs. Par rapport aux portes avant cette position à plusieurs avantages - une largeur de l'image sonore nettement améliorée 5 - un centre de l'image sonore bien positionné et assez bien corrélé - un meilleur rendement dans les basses fréquences au-dessus de 50 Hz Ainsi, avec des haut-parleurs de 10 cm de diamètre on 10 obtient le même niveau au-dessus de 50 Hz qu'avec des haut-parleurs de 16 cm dans les portes. Pour les véhicules de bas de gamme des haut-parleurs large bande suffisent. Pour les véhicules de haut de gamme on peut rajouter des tweeters. A l'arrière de la voiture en arrière des passagers avant, 15 devant les passagers arrières, et dans le plan de symétrie longitudinal de la voiture on installe un haut-parleur 3 diffusant la somme des deux canaux. Il pourra s'agir d'un haut-parleur de 8 cm de diamètre avec un axe sensiblement vertical. Pour les véhicules de bas de gamme un haut-parleur large 20 bande suffit. Pour les véhicules de haut de gamme on peut rajouter un tweeter. Lorsqu'on ajuste le niveau de ce haut-parleur pour qu'il soit perçu à l'arrière de la voiture au même niveau que les haut-parleurs avant, on obtient à l'arrière de la voiture une 25 image sonore bien répartie avec un centre bien positionné. L'ensemble est beaucoup plus agréable à l'écoute que la configuration traditionnelle avec les haut-parleurs dans les portes. Un haut-parleur 4 reproduisant les basses fréquences 30 jusqu'à environ 100 Hz est installé à l'extérieur de l'habitacle principal de manière à ce que les fréquences médium soient filtrée acoustiquement par les parois de l'habitacle. De cette manière on peut faire travailler ce haut-parleur à un niveau bien supérieur car les distorsions acoustiques ne 35 sont pas perçues par les auditeurs, ce qui ne serait pas le cas s'il était installé dans l'habitacle principal. Le coffre arrière est en général un bon emplacement pour ce haut-parleur. 3042672 5 L'ensemble des haut-parleurs de 10 cm situés à l'avant et d'un haut-parleur de basses de 18 cm engendre un niveau dans les basses fréquences équivalent à celui des 4 x 16 cm qui équipent les configurations d'origine actuelles. 5 La configuration suivant la présente invention comporte 4 haut-parleurs au lieu de 6 et un total de surface de membrane de 250 cm2 au lieu des 450 cm2 des configurations traditionnelles soit une diminution de surface de 45% avec les réductions de coûts et de poids induits. 10 Cette configuration possède un rapport qualité de reproduction/coût, excellent mais le résultat n'est pas parfait, et il diffère assez sensiblement d'un véhicule à l'autre. Dans certaines voitures on constate un déficit de niveau sonore à l'extrémité de la scène sonore la plus proche de 15 l'auditeur. Cette faiblesse peut être assez bien compensée en rajoutant des tweeters aux extrémités du tableau de bord. Et, on peut descendre la fréquence de coupure des filtres passe-haut de ces tweeters assez bas ce qui augmente le niveau perçu sans pour 20 cela par trop dégrader la position et la corrélation du centre de l'image sonore. 500 Hz est l'extrême limite basse à ne pas dépasser et 1000 Hz est une bonne valeur moyenne. Dans certaines voitures on constate une faiblesse dans la reproduction du centre de l'image sonore. Cette faiblesse peut 25 être compensée en rajoutant une voie centrale au centre du tableau de bord diffusant la somme des deux canaux. Lorsque l'on dispose d'une voie centrale, et que l'on rajoute des haut-parleurs pleine bande aux extrémités du tableau de bord, en ajustant convenablement leur niveau par rapport à celui des haut-parleurs situés sous les auditeurs on obtient une configuration double-isobare en mode isobare non corrélé avec un centre le l'image sonore bien corrélé situé en face de chaque auditeur ce qui est un résultat tout à fait défendable. Moyennant l'ajout d'une électronique de contrôle on peut obtenir à partir de cette dernière configuration de haut-parleurs, une qualité de restitution jusqu'ici inconnue en automobile, à savoir un résultat parfait pour les trois modes stéréophoniques principaux. 3042672 6 Dans ce qui suit nous allons appeler haut-parleurs intérieurs les haut-parleurs situés sous les auditeurs et haut-parleurs extérieurs les haut-parleurs situés aux extrémités du tableau de bord. Chacun de ces quatre haut-parleurs et la voie 5 centrale diffusent l'ensemble des registres médium et aigus. En stéréophonie classique à deux sources, lorsque l'auditeur est à égale distance des haut-parleurs reproduisant les canaux gauche et droit, le procédé stéréophonique reproduit parfaitement chacun des trois modes stéréophoniques principaux. 10 Mais, avec notre configuration à 5 haut-parleurs, si l'on veut obtenir le centre de l'image sonore au milieu du tableau de bord, on obtient un niveau trop élevé au centre de la scène sonore en mode isobare non corrélé. En outre, en mode isobare corrélé les haut-parleurs extérieurs dégradent la reproduction 15 du centre, et en mode déséquilibré la voie centrale et les haut-parleurs intérieurs réduisent la largeur de l'image sonore. Afin d'obtenir le meilleur résultat possible pour chaque mode stéréophonique principal nous avons défini pour chacun d'eux la configuration de haut-parleurs engendrant le meilleur 20 résultat et nous avons asservi le niveau de tous les haut-parleurs pour les fréquences situées au dessus de 150 Hz aux indices (n) et/ou (c) afin que pour chaque mode stéréophonique principal, seuls soient perçus les haut-parleurs sélectionnés pour reproduire ce mode. 25 Selon la présente invention, le mode isobare non corrélé est reproduit par l'ensemble des haut-parleurs intérieurs et des haut-parleurs extérieurs, la voie centrale n'étant pas perceptible; le mode isobare corrélé est reproduit par l'ensemble des haut-parleurs intérieurs et de la voie centrale, 30 les haut-parleurs extérieurs n'étant pas perceptibles et le mode déséquilibré est reproduit par les haut-parleurs extérieurs seuls, les haut-parleurs intérieurs et la voie centrale n'étant pas perceptibles. Soit a le coefficient de réduction du niveau de la voie 35 centrale pour les modes isobare non corrélé et déséquilibré. Soit fi le coefficient de réduction du niveau des haut-parleurs intérieurs en mode déséquilibré. Soit y le coefficient de réduction niveau des haut-parleurs extérieurs en mode isobare corrélé. 3042672 7 Soit 8 le coefficient d'augmentation du niveau des haut-parleurs extérieurs en mode déséquilibré pour maintenir intact le niveau général. Le niveau de la voie centrale peut être multiplié par 5 [(1-a)x(cxn)1-cri qui vaut a en mode isobare non corrélé, 1 en mode isobare corrélé et a en mode déséquilibré. Le niveau des haut-parleurs intérieurs peut être multiplié par P-Mx(n)+/1 qui vaut 1 dans les modes isobare corrélé et non corrélé et )6 en mode déséquilibré. 10 Le niveau des haut-parleurs extérieurs peut être multiplié par [11-8x(1-n)]x[(1-y)x(1-cxn)+7] qui vaut 1 en mode isobare non corrélé, y en mode isobare corrélé et 8 en mode déséquilibré. Dans une réalisation analogique, la variation de niveau peut être obtenue en utilisant des amplificateurs à gain 15 commandé du type THAT 2180 dont le gain est commandé par une tension qui peut être générée par un montage à base de circuits multiplicateurs AD 633. Lorsque la tension de commande est nulle le gain des circuits THAT 2181 est égal à 1. Lorsque la tension de commande 20 est négative le gain augmente d'un décibel par tranche 0,0061 volts, et lorsqu'elle est positive le gain diminue dans les mêmes proportions. Soit (a) la réduction en décibels adoptée pour la voie centrale, (6) la réduction en décibels adoptée pour les haut-25 parleurs intérieurs et (y) la réduction en décibels adoptée pour les haut-parleurs extérieurs en mode isobare corrélé et (8) l'augmentation en décibels du niveau des haut-parleurs extérieurs en mode déséquilibré. La tension de commande de la voie centrale peut être égale 30 à : [(0,0061xa)x(1-cxn)] La tension de commande des haut-parleurs intérieurs peut être égale à : [(0,0061x16)x (1-n1 3042672 8 La tension de commande des haut-parleurs extérieurs peut être égale à [(0,0061x 7)x (cx n) - (0 , 00 61 x 8)x (1- n)] Que ce soit en numérique ou en analogique, on obtient de cette manière, à l'avant de la voiture, un excellent résultat 5 dans tous les modes stéréophoniques. Lorsque le budget le permet une amélioration de l'écoute aux places arrières consiste à rajouter en arrière des passagers arrières et dans l'axe de symétrie longitudinal de la voiture, par exemple sur la plage arrière un haut-parleur diffusant le 10 signal de différence entre les deux canaux. L'ajout de ce haut-parleur procure une sensation très agréable d'enveloppement sur les grandes masses orchestrales en conservant une prédominance de l'avant notamment sur les voix au centre de l'image sonore car le signal de différence exclu le 15 mode isobare corrélé. Quelle que soit la variante de configuration sélectionnée pour la reproduction de l'image sonore à l'avant de la voiture, la reproduction des basses fréquences est la même. Elles sont produites d'une part par les haut-parleurs intérieurs qui 20 produisent des basses fréquences entre environ 50 Hz et 150 Hz et par un haut-parleur de basses qui produit les basses fréquences au-dessous d'environ 100 Hz. Dans la plupart des voitures, on constate dans la bande des 75 Hz un léger déficit à l'avant et une importante surpression à l'arrière de la 25 voiture. Selon la présente invention ces défauts peuvent être éliminés de la manière suivante : Dans un premier temps on égalise les niveaux produits dans cette bande de fréquence à l'arrière de la voiture d'une part 30 par le haut-parleur de basses et d'autre part par les haut-parleurs intérieurs. Dans un second temps on applique un déphasage entre les signaux provenant des haut-parleurs intérieurs et le signal provenant du haut-parleur de basses de manière à les amener 35 sensiblement en opposition de phase à l'arrière de la voiture dans cette bande de fréquences. 3042672 9 La phase relative peut-être ajustée en jouant sur la phase des filtres passe-haut des haut-parleurs intérieurs et passe-bas du haut-parleur de basses arrière. Nos essais ont montré que ce réglage conduisait à ce que 5 dans cette bande de fréquences les ondes produites par les haut-parleurs intérieurs et celle produite par le haut-parleur de basses soient sensiblement en phase à l'avant de la voiture, ce qui en augmente le niveau et compense l'affaiblissement. La figure 3 illustre schématiquement la position des haut- 10 parleurs de la configuration selon la présente invention la plus sophistiquée. Par rapport à la configuration de base, des haut-parleurs 5 et 6 ont été rajoutés aux extrémités du tableau de bord, une voie centrale 7 a été rajoutée au milieu du tableau de bord et un haut-parleur d'ambiance 8 à été rajouté au centre de 15 la plage arrière. La figure 4 illustre le schéma général d'un dispositif 1 de mise en oeuvre du procédé de contrôle du niveau des haut-parleurs avants selon la variante la plus performante de la présente invention. Dans cet exemple de réalisation, les haut-parleurs 20 extérieurs et la voie centrale sont filtrés en passe-haut à 150 Hz et la modulation alimentant les haut-parleurs intérieurs est divisée en une partie passe-haut dont le gain est asservi et une partie passe-bas dont le gain reste constant, dans le but d'obtenir une reproduction constante des fréquences basses 25 fréquences. Les canaux d'entrées G et D sont issus d'une source de modulations stéréophoniques. Un analyseur 2 compare G et D et en déduit à chaque instant une valeur moyennée pour (n) et une valeur moyennée pour (O. (0 30 et (n) sont introduits dans 3 étages de calcul 3, 4 et 5 à la sortie desquels on obtient soit les coefficients multiplicateurs en numériques, soit les tensions de commande en analogique des étages adaptateurs de niveaux. G et D alimentent un filtre passe-haut à deux canaux 6 35 suivi d'un étage adaptateur de niveau à deux canaux 7 et puis d'un étage égaliseur à deux canaux 8 puis d'un amplificateur de puissance à deux canaux 9 qui alimente les haut-parleurs extérieurs 10 et 11. 3042672 10 G et D alimentent un filtre passe-haut à deux canaux 12 et un filtre passe-bas additionneur 13. Le filtre passe-haut est suivi d'un étage adaptateur de niveaux à deux canaux 14. Les sorties de l'adaptateur de niveaux 14 et du filtre passe-bas 13 5 sont additionnées à l'entrée de l'égaliseur à deux canaux 15 qui est suivi d'un amplificateur de puissance à deux canaux 16 qui alimente les haut-parleurs intérieurs 17 et 18. G et D alimentent un circuit sommateur 19 suivi d'un filtre passe-haut 20 puis d'étage adaptateur de niveau 21 suivi 10 d'un étage égaliseur 22 puis d'un puis d'un amplificateur de puissance 23 qui alimente le haut-parleur central 24. Ce procédé pourra faire l'objet d'un dispositif électroacoustique destiné à équiper les véhicules automobiles. 15 20 25 REVENDICATIONS1 - Procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile caractérisé par le fait que les images sonores stéréophonique à l'avant de la voiture sont principalement engendrées par des haut-parleurs situés sous les auditeurs situés à l'avant et que les images sonores stéréophoniques à l'arrière de la voiture sont principalement produites par l'addition des ondes acoustiques émises par les haut-parleurs situés à l'avant de la voiture et d'un moyen formant haut-parleur installé dans le plan de symétrie longitudinal de la voiture en arrière des passagers avant et devant les passagers arrières et diffusant la somme des deux canaux stéréophoniques. 2 - Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé par le 15 fait que l'on rajoute deux haut-parleurs situés aux extrémités du tableau de bord. 3 - Procédé conforme à la revendication 2 et caractérisé par le fait que les modulations alimentant ces haut-parleurs rajoutés sont filtrées en passe-haut à une fréquence supérieure à 500 Hz. 20 4 - Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé par le fait que l'on rajoute une voie centrale au milieu du tableau de bord. 5 - Procédé conforme aux revendications 1, 2 et 4 et caractérisé par le fait que les haut-parleurs rajoutés aux extrémités du 25 tableau de bord sont des haut-parleurs large bande et que leur niveau est ajusté par rapport à celui des haut-parleurs situés sous les auditeurs pour obtenir avec ces derniers une configuration double isobare. 6 - Procédé conforme aux revendications 1, 4 et 5 et caractérisé 30 par le fait que les niveaux de ces 5 haut-parleurs pour les fréquences des registres médium et aigu sont asservis aux indices de corrélation de niveau et de phase entre les canaux gauche et droit de manière à ce que : - le mode isobare non corrélé soit restitué par l'ensemble 35 formé par les haut-parleurs intérieurs et extérieurs, le niveau de la voie centrale étant suffisamment affaibli pour qu'elle ne soit pas perçue. 3042672 12 - Le mode isobare corrélé est reproduit par l'ensemble formé par la voie centrale et les haut-parleurs intérieurs, le niveau des haut-parleurs extérieurs étant suffisamment affaibli pour qu'ils ne soient pas perçus. 5 - Le mode déséquilibré est reproduit par les seuls haut- parleurs extérieurs , les niveaux de la voie centrale et des haut-parleurs intérieurs étant suffisamment affaiblis pour qu'ils ne soient pas perçus. En outre, dans ce mode, le niveau des haut-parleurs extérieurs est 10 légèrement rehaussé pour conserver le niveau général intact. 7 - Procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que l'on rajoute dans le plan de symétrie longitudinal de la voiture un haut-parleur situé en arrière des passagers arrières et diffusant le signal de différence entre les deux canaux. 8 - Procédé de diffusion des modulations stéréophoniques en automobile conforme à l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que les basses fréquences sont reproduites d'une part par les haut-parleurs situés sous les auditeurs dont la bande passante est étendue vers le bas jusqu'aux environs de 50 Hz et d'autre part par un haut-parleur situé hors de l'habitacle principal reproduisant la bande des fréquences inférieures à environ 100 Hz et que leur niveau relatif dans la bande des 75 Hz est ajusté pour obtenir la même pression acoustique aux places arrières de la voiture et que leur phase relative dans cette bande de fréquence est ajustée pour que leurs ondes acoustiques parviennent sensiblement en opposition de phase aux places d'écoute à l'arrière de la voiture. 9 - Dispositif de reproduction des modulations stéréophoniques en automobile pour la mise en oeuvre du procédé selon à l'une quelconque des revendications précédentes comportant un bloc électronique de contrôle ainsi que des amplificateurs de puissance et plusieurs haut-parleurs. 10 - Véhicule automobile équipé d'un dispositif de reproduction des modulations stéréophoniques conforme à la revendication 9 de la présente invention.40