Brevet FR3091078A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : SYSTEME D'ADAPTATION DE LA REPONSE SPECTRALE D'UNE ENCEINTE ACOUSTIQUE ET DE COMMANDE DE LA DYNAMIQUE D'UNE CHAINE HAUTE FIDELITE Domaine technique [0001] La présente invention vise un système d'adaptation de la réponse spectrale d'une enceinte acoustique et de commande de la dynamique d'une chaîne haute-fidélité. Technique antérieure [0002] Les réverbérations et amortissements d'ondes sonores d'une salle d'écoute nuisent à la qualité d'écoute. Les systèmes de compensation connus, qui imposent de positionner un microphone en différents endroits de la salle d'écoute, sont complexes et imposent des procédures longues. Par ailleurs, les problèmes de saturation de certains éléments, notamment amplificateur ou préamplificateur, d'une chaîne haute-fidélité, provoquent des désagrément ou l'obligation de réduire le volume d'écoute. [0003] La miniaturisation des systèmes de reproduction audio amplifiés impose des sur- tensions très importantes sur les ampli et haut-parleurs. [0004] Ces surtensions peuvent êtres de 1"ordre de 30dB dans les basses fréquences. De cc fait la puissance maximale de l'ampli est atteinte très rapidement. [0005] Afin de ne pas saturer les amplificateurs et de cc fait générer des distorsions fortement audibles, il est nécessaire d'intégrer cc que l'on appelle des limiteurs/ compresseur. [0006] Ces limiteurs empêchent la saturation des amplificateurs mais dégrade le signal audio sur toute sa bande par effet de pompage ou dé-timbrage. Exposé de l'invention 100071 La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. 100081 À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise une chaîne haute- fidélité comporte un compresseur de dynamique multibande avec des seuils par bande variables asservis dynamiquement par rapport à la somme totale du signal traité. Brève description des dessins [0009] D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : [0010] [fig.1] 2 représente un schéma de principe simplifié de la gestion du volume dynamique par bande de fréquence. Description des modes de réalisation [0011] La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. [0012] On note dès à présent que la figure unique n'est pas à l'échelle. [0013] Dans un premier mode de réalisation, il s'agit d'adapter la réponse spectrale basses fréquences d'une enceinte aux caractéristiques de la salle d'écoute et au positionnement de l'enceinte dans celle-ci. [0014] On peut séparer en deux régimes distincts le comportement acoustique des locaux. [0015] Au-dessus d'une certaine fréquence (dite fréquence de Shcrocder), on parle de régime diffus. Les modes acoustiques de la pièce sont tellement nombreux et proches (en fréquence) que la réponse acoustique de la pièce est relativement stable en fréquence. [0016] En-dessous de cette fréquence on parle de régime modale. Les modes acoustiques de la pièces sont espacés en fréquence et entraine une réponse fréquentielle perturbée et extrêmement dépendante de la position de la source (l'enceinte) et de l'auditeur. [0017] La correction de salle en question ici se propose d'adapter les caractéristique de l'enceinte dans le régime modale, c'est-à-dire en basse fréquence. [0018] Dans un séjour « normal » c'est-à-dire environ 40m2, hauteur plafond 2,70m, temps de réverbération de l'ordre de 0,4s, la fréquence de Shcroeder se situe aux alentours de 100Hz. [0019] Notre correction de salle consiste ici à adapter le filtrage de l'enceinte en dessous de 200Hz. [0020] Dans le premier mode de réalisation, on réalise cette correction en fonction d'une mesure acoustique réalisée en champ proche, à l'aide d'un microphone embarqué sur l'enceinte ou préférentiellement intégré à l'enceinte. [0021] En effectuant la correction à partir d'une mesure en champ proche, dans ou sur l'enceinte, on simplifie la procédure de calibration car le microphone est et reste embarqué sur l'enceinte et s'adapte à chaque changement de position de l'enceinte, dans la salle d'écoute ou dans une autre salle d'écoute. [0022] Le principe de fonctionnement est de comparer la mesure obtenu dans le local à une mesure de référence obtenu dans des conditions de type champ libre (salle anéchoïque). [0023] On pondère par une loi de comportement (déduit empiriquement après de longues ex- périmentations) et on applique la correction nécessaire à l'aide de filtres numériques. 3 [0024] En plus d'être plus facile à mettre en oeuvre, cette solution va plus loin dans l'adaptation. En effet, avec la mesure en champ proche en local réverbérant comparée à une mesure de référence en local anéchoïque, la méthode permet aussi de corriger les creux de la réponse spectrale, et non seulement ses bosses. [0025] Aussi, le positionnement dans un angle ou un coin de pièce d'une source basse fréquence entraîne une suramplification des basse fréquences sur une bande fréquentielle large. [0026] La correction en champ proche repère ce type de comportement et adapte automa- tiquement le gain global du grave au positionnement de l'enceinte. [0027] La procédure est la suivante, étape par étape : [0028] - Génération d'un sinus glissant basse fréquence par le haut-parleur de grave (par exemple quatre périodes de balayage complet). [0029] - Acquisition par le microphone (proche du haut-parleur de grave) du champ acoustique généré par l'enceinte couplé au local (par exemple trois périodes mesurées) [0030] - Différentes étapes de validation de la mesure (notamment étude de la périodicité des trois balayages afin de ne pas prendre en compte un évènement impromptu du type claquement de porte qui pourrait fausser le résultat) [0031] - Moyenne des périodes de mesures validées (préférentiellement au moins trois) [0032] - Calcul de l'amplitude de la FFT (abréviation de Fast Fourier Transform en anglais, pour transformée de Fourier rapide) du signal temporelle : YRR (Revu!, Room) [0033] - Gain de correction spectrale calculé par G=beta.*(YARTYRR).^alpha, formule dans laquelle YAR est le spectre mesuré en chambre anéchoïque (Anechoic Room), beta et alpha sont des paramètres obtenus empiriquement par comparaison calcul/mesure [0034] - G étant la correction cible à apporter, on fait tourner un algorithme de génération de N Biquad type PEQ pour se rapprocher de la correction G souhaitée [0035] - Implémentation des biquads dans le dsp (Digital Signal Processor pour processeur de signal numérique). [0036] On rappelle que, en traitement du signal, un filtre biquad numérique est un filtre linéaire récursif qui comporte deux pôles et deux zéros. « Biquad » est l'abréviation de biquadratique, qui se réfère au fait que dans le domaine Z (réel), sa fonction de transfert est le ratio de deux fonctions quadratiques. Les coefficient sont souvent normalisés. [0037] Concernant les paramètres alpha et beta de la correction de salle, préférentiellement : [0038] - la valeur de alpha est dépendante de l'enceinte, [0039] - la valeur de beta est dépendante de la chambre anéchoïque utilisée pour la mesure de référence YAR. [0040] Par exemple alpha est une valeur comprise entre 0,5 et 0,6. [0041] Et beta correspond à une fonction en fréquence qui corrige les modes très basse fréquence que l'on mesure dans une chambre sourde. [0042] YAR est l'amplitude de la réponse en fréquence de la mesure en champ proche mesurée en chambre sourde. Mais une chambre sourde n'est pas parfaitement anéchoïque en basse fréquence. Si on fait la procédure de correction en chambre sourde, le résultat corrige les modes basse fréquences de la chambre sourde. Donc si la mesure YRR est effectué en chambre sourde, on a YRR=YAR ce qui implique G=beta. bcta est donc le spectre qui corrige les modes basse fréquence de la chambre sourde utilisé pour la mesure de référence YAR. [0043] Le deuxième mode de réalisation concerne un procédé et un algorithme de gestion de la dynamique utilisé pour une enceinte, notamment le grave de cette enceinte. [0044] Dans ce mode de réalisation, on implémente au moins un compresseur de dynamique multibandc avec des seuils par bande variables asservis dynamiquement par rapport à la somme totale du signal traité. [0045] Ainsi, on vise à conserver l'idée du traitement multibandc afin que la compression nécessaire ne soit effective que dans une bande fréquentielle limitée, niais de ne pas utiliser des compresseurs conventionnels trop générateurs de distorsion quels que soient les jeux de paramètres testés. [0046] On vise ainsi à ne pas changer la forme d'onde par compression classique, mais d'adapter le volume maximum par bande de fréquence dans la limite admissible par les amplificateurs et haut-parleurs. [0047] La difficulté étant de connaitre en temps réel le facteur multiplicatif a opéré sur le signal pour éviter tout dépassement de crête du seuil admissible. [0048] Pour y remédier, on duplique le signal traité par bande fréquentielle en deux branches parallèles, l'une étant utilisé pour détecter des dépassements de crête éventuel, de calculer très exactement le taux de dépassement par rapport à un seuil préétablis et d'appliquer le facteur multiplicatif inverse sur la deuxième branche du signal retardé du temps nécessaire à l'application de ce facteur correctif. Le signal joué commence donc à s'atténuer progressivement avant le passage de la crête de telle manière qu'au passage exacte de la crête, on soit au seuil maximum admissible par le système. [0049] La figure unique est un schéma de principe simplifié de la gestion du volume dynamique par bande de fréquence. [0050] Dans l'exemple de la figure unique, on commence à atténuer le signal ims avant de passer la crête deux fois plus importante que le seuil maximum admissible, et lorsque la crête arrive, l'atténuation est exactement de 0.5 ce qui permet de passer la crête sans dépassement de seuil et sans avoir modifié la forme d'onde, mais juste en ayant diminué le volume dans la bande de fréquence concernée. [0051] On retarde donc le signal sur une des deux branches afin d'anticiper les crêtes à venir analyser sur l'autre branche non retardée. [0052] On fait ceci sur, par exemple, quatre ou cinq bandes fréquentielles (d'un octave chacune) ce qui permet de diminuer uniquement le volume de l'octave concerné par le dépassement de seuil sans toucher aux autres. [0053] Après programmation à partir des boites à outil de base et après tests perceptifs, c'est cet algorithme qui nous a donné les meilleurs résultats en ternies de perception sonore. [0054] D'autres modes de réalisation visent à remédier à des problèmes complémentaires : Le fait de séparer la bande passante en plusieurs morceaux, de les traiter indépendamment puis de les sommer pose d'autres problèmes, notamment aux fréquences de coupures entre les différentes bandes. [0055] Pour éviter des problèmes aux fréquences de raccordement, on choisit des bandes de recouvrement les plus étroites possibles. Pour cela, on utilise des filtres TIR de type Chebyshev d'ordrel d'ordre élevé (ordre 8 à 10) occasionnant ainsi des déphasages important qui a basse fréquence engendre des retards de groupe également préjudiciable. Cependant, les défauts perçus à cause de ces retards de groupe importants ne sont pas perceptibles, et nettement moins que toutes les distorsions engendrées par l'usage de compresseurs conventionnels. Par ailleurs, le fait de traiter en multibande à l'avantage de rendre la gestion de la dynamique dans le grave très performante. On atténue que dans la bande fréquentielle impactée par un trop plein d'énergie que le système ne pourrait supporter et on ne touche pas aux autres bandes spectrales, pour lesquelles rien ne se passe que le système ne peut jouer. Mais un problème sous-jacent est tout de même soulevé, c'est qu'on doit définir un seuil par bande de fréquence qui pour assurer le coup, doit être de faible valeur. En effet, si on définit cinq bandes fréquentielle et que le maximum autorisé par le système ampli+HP est de la valeur 1, une fois ces cinq bandes sommées, il faut donc définir un seuil de 1/5 par bande de fréquence. Cinq maximum +0.2 arrivant au même instant donne la valeur de 1, une fois sommé. On ne peut pas se permettre de dépasser, ce qui restreint la capacité du système. En effet, prenons le cas où on aurait la valeur 1 seule maximum atteint par bande de fréquence au même instant, on aurait par exemple 0.1+0.05+0.2+0.1+0.05=0.5 au maximum alors qu'on pourrait donc passer plus et augmenter le seuil dans la bande de fréquence impactée. Ici dans ce cas, seule la bande milieu est au maximum de 0,2, mais on a 0,5 de marge au final, on aurait donc pu relever à cet instant précis le seuil de la bande milieu jusqu'à 07 sans risque de dépasser le seuil final de la valeur 1, une fois les cinq bandes sommées. [0056] Pour remédier à ce problème, on met en oeuvre un système de seuil variable par bande de fréquence, ajusté en continu et en temps réel par rétroaction de la valeur 6 maximum du signal une fois sommé. [0057] Avec la mise en oeuvre de la présente invention, on dispose d'un traitement du signal performant pour la gestion de la dynamique dans le grave pour les enceinte, notamment les enceintes compacte surarnplifiée dans le grave pour amélioration du rendu sonore. 7