Brevet FR3100680A1 — publié le 20210312

La présente demande a pour objet une enceinte acoustique comprenant une pluralité de sources acoustiques et présentant une directivité large bande contrôlée. Fig.11A DISPOSITIF DE DIFFUSION SONORE A DIRECTIVITE LARGE BANDE CONTROLEE La présente demande a pour objet une enceinte acoustique à directivité large bande contrôlée. Etat de la technique Les objectifs de la sonorisation moderne sont d’assurer : - l’homogénéité du niveau sonore sur la zone d’audience couverte, et ce sur l’ensemble du spectre audio (20Hz – 20kHz), tout en évitant de générer du niveau sonore en dehors de cette zone, - un niveau de qualité important sur l’audience du point de vue du couplage des différents éléments constitutifs des systèmes de sonorisation. Les dispositifs de diffusion sonore émettant dans les fréquences basses, c’est-à-dire en dessous de 200Hz, sont très peu directifs car leur taille est petite devant la longueur d’onde générée par les sources sonores. Pour pallier cette émission qui non seulement peut polluer des zones à éviter mais qui peut aussi exciter les modes de résonnance des salles et créer de la réverbération gênante sur l’audience, les utilisateurs et fabricants de systèmes de diffusion sonore ont inventé des configurations électroacoustiques conférant aux dispositifs sonores une directivité particulière, notamment de type cardioïde ou hyper-cardioïde. La figure 1 illustre le diagramme polaire de rayonnement sonore pour différents types de directivité. Plus précisément, dans le cas de l’utilisation d’un système de sonorisation comprenant plusieurs dispositifs de diffusion sonore, une sommation efficace vers l’avant, c’est-à-dire dans la direction de l’axe à 0° sur la figure 1, des rayonnements sonores provenant des différents dispositifs de diffusion sonore et une réjection à l’arrière, c’est-à-dire, une annulation du son à l’arrière du système de sonorisation, dans la direction de l’axe 180° de la figure 1, sur une large bande de fréquences acoustiques sont recherchées. On entend par sommation des rayonnements sonores provenant des différents dispositifs la superposition de ces rayonnements, créant des zones constructives ou destructives. Une sommation efficace est une solution où la superposition des rayonnements crée des zones constructives, c’est-à-dire, où les rayonnements ne s’annulent pas mutuellement. Le phénomène physique suivant lequel, en présence de plusieurs sources sonores, l’auditeur percevra les ondes émises avec une différence temporelle induite par la différence de trajet entre sa position et celles de chaque source, permet d’envisager la conception des directivités particulières précédemment évoquées. Un contrôle électronique en amplitude et phase des sources sonores permet d’adapter le diagramme de rayonnement, et donc la directivité des dispositifs de diffusion sonore. En d’autres termes, en injectant des signaux différents en phase en fonction de la fréquence (un délai par exemple) à ces différentes sources, on peut contrôler les zones destructives ou constructives résultant de la superposition des flux sonores de la pluralité de sources sonores utilisées. Le ratio de puissance entre chacune de ces sources peut aussi influencer l’efficacité de la directivité induite par ce réglage. Des configurations par assemblage de produits ou par intégration de nouvelles sources sonores (haut-parleur, évents) au sein d’un produit permettent de réaliser de telles directivités. Un exemple d’assemblage de produits peut consister en un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves, ou en un ensemble de sources empilées-retournées. Un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves est illustré à la figure 2. Un ensemble de sources empilées-retournées est illustré à la figure 3. Dans ce type d’ensemble certaines sources sont dirigées vers l’avant et les autres vers l’arrière. Dans la plupart des cas, les configurations physiques de produits et/ou de composants au sein d’un même produit s’accompagnent de réglages individuels par contrôle électronique (DSP) en magnitude et en phase et pour chaque fréquence afin de réaliser la fonction de contrôle de la directivité. Cependant, le contrôle de la directivité peut être, selon les réglages du contrôle électronique, plus ou moins localisé en fréquence. Par ailleurs, la sommation vue de l’avant des différents éléments du dispositif peut être plus ou moins optimale. Un premier exemple de l’état de la technique consiste à concevoir un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves tel qu’illustré à la figure 2 contrôlé électroniquement par un réglage dit « End Fire ». Ce contrôle consiste à ajouter électroniquement à l’empilement avant un retard temporel, de sorte que les ondes provenant des empilements avant et arrière arrivent au même moment dans l’axe à l’avant (axe noté 0°) afin de ne pas détériorer la qualité du son perçu. Pour un utilisateur placé à l’arrière de l’alignement des deux empilements, l’onde émise par l’empilement avant arrive avec un retard qui est la somme de la différence de trajet par rapport à l’empilement arrière et du délai ajouté électroniquement. Ce retard peut être optimisé pour produire une opposition de phase entre les deux empilements à une fréquence sonore précise. Le résultat final de ce réglage est une non-détérioration du son à l’avant, au prix d’une réjection à l’arrière très localisée en fréquence. Les performances d’un tel système sont représentées sur les figures 4A à 4D : les courbes de différence de phase montrent une bonne qualité du son à l’avant, c’est-à-dire l’arrivée en phase des ondes issues des deux empilements à l’avant (déphasage de 0°), ainsi qu’une réjection totale pour une seule fréquence (déphasage de 180°). Un deuxième exemple de l’état de la technique consiste à concevoir un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves tel qu’illustré à la figure 2 contrôlé électroniquement par un réglage dit « Gradient ». Ce contrôle consiste à ajouter un retard électronique à l’empilement arrière de sorte que les ondes issues des empilements avant et arrière arrivent au même moment vu de l’arrière et à ajouter une opposition de phase afin d’annuler le son à l’arrière. Les figures 5A à 5D illustrent les performances d’un tel système. Une réjection efficace sur une large bande de fréquences est obtenue, comme en témoigne la courbe de différence phase entre les empilements avant et arrière égale à 180°. Cependant, pour un utilisateur placé à l’avant, dans l’axe 0°, l’onde émise par l’empilement arrière arrive avec un retard temporel constant. Sur le graphe de différence de phase dans la direction de l’axe 0°, le mauvais alignement des deux empilements peut être observé sur toute la bande de fréquence, excepté pour une fréquence où la différence de phase est nulle. Aussi, les ondes issues des empilements avant et arrière sont toujours décalées temporellement d’un retard constant, ce qui produit un écho nuisible à la qualité du signal perçu à l’avant. Un troisième exemple de l’état de la technique consiste à concevoir un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves tel qu’illustré à la figure 2 contrôlé électroniquement par un réglage dit « All pass filter ». Ce réglage électronique agit comme un filtre introduisant un délai variant avec la fréquence sonore. Ce réglage permet de réaliser un compromis entre une réjection à l’arrière sur une large bande de fréquences et une sommation des ondes provenant des sources avant et arrière efficace. Les performances d’un tel système sont illustrées sur les figures 6A à 6D. Les graphes polaires des directivités à différentes fréquences sont similaires. Aussi, la courbe de différence de phase à l’arrière (dans l’axe 180°) montre une opposition de phase plus constante en fréquence. Les configurations physiques de produits indépendants ont l’avantage d’offrir une flexibilité d’usage à l’utilisateur, qui peut régler une configuration physique de manière à atteindre un objectif de directivité et de qualité sonore, mais demandent un niveau d’expertise plus important que les produits encapsulant la fonction de contrôle de la directivité et de la qualité sonore directement. Certains fabricants proposent donc l’intégration de plusieurs sources contrôlées électroniquement dans l’enceinte. Par exemple, certains produits présentent deux ensembles haut-parleurs/évents à l’avant, et deux ensembles haut-parleurs/évents à l’arrière. Un exemple de ce type de produit est présenté à la figure 7. L’inconvénient de ce type de produits intégrant plusieurs sources à l’avant et à l’arrière est que pour un auditeur positionné à l’avant de l’enceinte l’alignement en phase et en temps des différentes sources n’est pas bon dans les fréquences les plus élevées. Ce désavantage peut éventuellement être acceptable pour les sub-graves mais ne l’est plus pour des produits reproduisant des fréquences plus élevées, notamment supérieures à 60 Hz. Ainsi, une solution connue dans l’état de l’art consiste à fabriquer des produits avec des sources sonores positionnées plus ou moins sur les côtés, en supplément de sources sonores positionnées à l’avant, afin de diminuer le temps de propagation des sources arrière, par une réduction de l’écartement entre les sources. Un exemple de ce type de produit est présenté à la figure 8. Les inconvénients de ce type de configuration de produit sont d’une part propres à la qualité de la diffusion sonore obtenue. Les figures 9A et 9B illustrent les courbes de réponse en dB SPL ( Sound Pressure Level ) obtenues dans différentes directions d’écoute de l’hémisphère avant d’une enceinte acoustique défini par la direction principale d’émission de l’enceinte, dans une première configuration, avec des sources sonores à l’avant dans une enceinte acoustique et dans une deuxième configuration, avec des sources additionnelles sur les côtés. Les courbes fréquentielles montrent une décroissance plus rapide du lobe de directivité sur les côtés dans la deuxième configuration avec les sources additionnelles sur les côtés, qui produit une diffusion non homogène sur toute l’audience. Les inconvénients des produits avec des sources sonores positionnées plus ou moins sur les côtés sont d’autre part mécaniques. En effet, des produits présentant des sources positionnées plus ou moins sur les côtés ne peuvent pas être empilés sur le côté, ou alors, au prix d’une perte d’efficacité du produit, comme illustré à la figure 10 ; avec ce type de produits, il est également difficile de créer des matrices continues de produits, ni d’accoler d’autres objets au produit ; enfin, les sources latérales sont visibles de l’extérieur. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique, et notamment améliorer la qualité de la directivité des configurations de produits comprenant des sources à l’avant et sur les côtés. L’invention a ainsi pour objet une enceinte acoustique présentant une forme volumique avec une face avant, une face arrière, deux première et deuxième faces latérales. Ladite enceinte présente une direction principale d’émission perpendiculaire à la face avant de l’enceinte acoustique ainsi qu’une direction d’émission arrière perpendiculaire à la face arrière de l’enceinte acoustique. Ladite enceinte comprend : - au moins une source acoustique avant configurée pour émettre à travers la face avant et présentant une direction principale d’émission de source avant, ladite direction principale d’émission de source avant étant sensiblement égale à la direction principale d’émission de l’enceinte acoustique, - au moins une source acoustique latérale orientée vers au moins une face latérale avec source, ladite face latérale avec source étant l’une et/ou l’autre des deux première et deuxième faces latérales, ladite source acoustique latérale présentant une direction principale d’émission de source latérale sensiblement perpendiculaire à l’une et/ou l’autre des première et deuxième faces latérales, - au moins un guide d’onde sonore, ledit guide d’onde étant positionné devant la au moins une source acoustique latérale de sorte à occulter le flux sonore émis par ladite source acoustique latérale dans la direction principale d’émission de source latérale, et à diriger le flux sonore émis par ladite source acoustique latérale vers deux première et deuxième pluralités de directions latérales de part et d’autre de la direction principale d’émission de source latérale, et ledit guide d’onde étant assemblé à ladite face latérale avec source par des moyens d’assemblage, - au moins un orifice avant formé par un espace entre ladite face latérale avec source et ledit guide d’onde sonore, de sorte à laisser passer le flux sonore émis par ladite source acoustique latérale dans des directions orientées vers un hémisphère défini par la direction principale d’émission de l’enceinte, - au moins un orifice arrière formé par un espace entre ladite face latérale avec source et ledit guide d’onde sonore, de sorte à laisser passer le flux sonore émis par ladite source acoustique latérale dans des directions pointant vers un hémisphère défini par la direction d’émission arrière de l’enceinte. Avantageusement, la au moins une source acoustique avant est située dans un volume avant. Dans ce cas, avantageusement, la au moins une source acoustique latérale est située dans un volume latéral séparé du volume avant. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, la au moins une source acoustique avant et la au moins une source acoustique latérale sont des sources acoustiques haute fréquence, et/ou moyenne fréquence, et/ou basse fréquence, et/ou très basse fréquence. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, la au moins une source acoustique avant et la au moins une source acoustique latérale sont configurées pour être individuellement alimentées par des canaux de DSP et d’amplification et contrôlées électroniquement en amplitude et phase de manière à contrôler la directivité du rayonnement sonore de l’enceinte acoustique. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’enceinte acoustique selon l’invention est apte à être empilée avec une deuxième enceinte acoustique selon l’invention. L’enceinte acoustique et la deuxième enceinte acoustique comprennent chacune en outre respectivement une première face supérieure et une première face inférieure, et une deuxième face supérieure et une deuxième face inférieure L’enceinte acoustique peut être empilée avec le deuxième enceinte acoustique par le dessous, par le dessus, ou sur le côté. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’enceinte acoustique selon l’invention est de type bass reflex, et comprend en outre au moins un évent associé à la au moins une source acoustique latérale. Par enceinte acoustique de type bass reflex, on entend une enceinte munie d’un ou plusieurs évents appelés aussi résonateurs. Dans ces cas, le au moins un évent est positionné sur la face arrière de l’enceinte acoustique. D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : - La figure 1, déjà décrite, illustre le diagramme de rayonnement en coordonnées polaires correspondant à différents types de directivités sonores. -La figure 2, déjà décrite, présente un alignement avant-arrière de deux empilements d’enceintes sub-graves. - La figure 3, déjà décrite, présente un ensemble de sources empilées-retournées. - Les figures 4A à 4D, déjà décrites, présentent les performances acoustiques d’un système de diffusion sonore de l’état de la technique comprenant deux empilements de sources sonores alignées l’un derrière l’autre, contrôlé par un contrôle électronique de type « End Fire ». - Les figures 5A à 5D, déjà décrites, présentent les performances acoustiques d’un système de diffusion sonore de l’état de la technique comprenant deux empilements de sources sonores alignées l’un derrière l’autre, contrôlé par un contrôle électronique de type « Gradient ». -Les figures 6A à 6D, déjà décrites, présentent les performances acoustiques d’un système de diffusion sonore de l’état de la technique comprenant deux empilements de sources sonores alignées l’un derrière l’autre, contrôlé par un contrôle électronique de type « All Pass Filter ». - La figure 7, déjà décrite, présente en vue de dessus la géométrie d’une enceinte acoustique comprenant des sources sonores à l’avant et à l’arrière de l’enceinte acoustique. - La figure 8, déjà décrite, présente en vue de dessus la géométrie d’une enceinte acoustique comprenant des sources sonores à l’avant ainsi que des sources sonores additionnelles positionnées plus ou moins sur les côtés de l’enceinte acoustique. - Les figures 9A et 9B, déjà décrites, présentent une comparaison des performances d’une enceinte acoustique présentant uniquement des sources à l’avant, avec celles d’une enceinte acoustique présentant, en plus des sources à l’avant, des sources positionnées plus ou moins sur les côtés de l’enceinte acoustique. - La figure 10, déjà décrite, illustre schématiquement l’empilement par le côté d’enceintes acoustiques présentant des sources additionnelles sur les côtés des enceintes. - Les figures 11A et 11B représentent respectivement une vue tridimensionnelle et une vue bidimensionnelle de dessus d’un modèle numérique d’une enceinte acoustique selon l’invention. - La figure 12 représente une vue de dessus d’un schéma d’un autre type d’enceinte acoustique selon l’invention. - Les figures 13A et 13B représentent deux cartographies de la valeur du SPL d’une enceinte acoustique sans et avec guide d’onde sonore. - Les figures 14A et 14B représentent une comparaison des performances en termes de différence de phase et de magnitude, en fonction de la fréquence sonore, d’une enceinte acoustique E sans et avec guide d’onde sonore. - Les figures 15A à 15D représentent les performances d’une enceinte acoustique E avec guide d’onde contrôlée électroniquement en amplitude et en phase selon un premier type de contrôle électronique. - Les figures 16A à A6D représentent les performances d’une enceinte acoustique E avec guide d’onde contrôlée électroniquement en amplitude et en phase selon un deuxième type de contrôle électronique. Les figures 11A-B à 16A-D sont commentées plus en détail au niveau de la description détaillée et des exemples qui suivent, qui illustrent l’invention sans en limiter la portée. Enceinte acoustique (E) présentant une forme volumique avec une face avant (F Eav ), une face arrière (F Ear ), deux première et deuxième faces latérales (F Elat1 ) et (F Elat2 ), et ladite enceinte (E) présentant une direction principale d’émission (D av ) perpendiculaire à la face avant (F Eav ) de l’enceinte acoustique (E) ainsi qu’une direction d’émission arrière (D ar ) perpendiculaire à la face arrière (F Ear ) de l’enceinte acoustique (E), ladite enceinte (E) comprenant : - au moins une source acoustique avant (S av ) configurée pour émettre un flux sonore à travers la face avant (F Eav ) et présentant une direction principale d’émission de source avant (D Sav ), ladite direction principale d’émission de source avant étant sensiblement égale à la direction principale d’émission (D av ) de l’enceinte acoustique (E), - au moins une source acoustique latérale (S lat ) orientée vers au moins une face latérale avec source (F Elat ), ladite face latérale avec source (F Elat ) étant l’une et/ou l’autre des deux première et deuxième faces latérales (F Elat1 ) et (F Elat2 ), ladite source acoustique latérale (S lat ) présentant une direction principale d’émission de source latérale (D Slat ) sensiblement perpendiculaire à l’une et/ou l’autre des faces latérales (F Elat1 ) et (F Elat2 ), - au moins un guide d’onde sonore (G), ledit guide d’onde (G) étant positionné devant la au moins une source acoustique latérale (S lat ) de sorte à occulter le flux sonore (F lat ) émis par ladite source acoustique latérale (S lat ) dans la direction principale d’émission de source latérale (D Slat ), et à diriger le flux sonore (F lat ) émis par ladite source acoustique latérale vers deux première et deuxième pluralités de directions latérales (D Slat1 ) et (D Slat2 ) de part et d’autre de la direction principale d’émission de source latérale (D Slat ), et ledit guide d’onde (G) étant assemblé à ladite face latérale avec source (F Elat ) par des moyens d’assemblage, - au moins un orifice avant (O Slat_av ) formé par un espace entre ladite face latérale avec source (F Elat ) et ledit guide d’onde sonore (G), de sorte à laisser passer le flux sonore (F lat ) émis par la source acoustique (S lat ) dans des directions orientées vers un hémisphère défini par la direction principale d’émission (D av ), - au moins un orifice arrière (O Slat_ar ) formé par un espace entre ladite face latérale avec source (F Elat ) et ledit guide d’onde sonore (G), de sorte à laisser passer le flux sonore (F lat ) émis par la source acoustique latérale (S lat ) dans des directions pointant vers un hémisphère défini par la direction d’émission arrière (D ar ) de l’enceinte. Enceinte acoustique (E) selon la revendication 1, dans laquelle la au moins une source acoustique avant (S av ) est située dans un volume avant (V Sav ) et la au moins une source acoustique latérale (S lat ) située dans un volume latéral (V SLat ) séparé du volume (V Sav ) par au moins une cloison (C). Enceinte acoustique (E) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ladite source acoustique avant (S av ) et ladite source acoustique latérale (S lat ) sont des sources acoustiques haute fréquence, et/ou moyenne fréquence, et/ou basse fréquence, et/ou très basse fréquence. Enceinte acoustique (E) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite source acoustique avant (S av ) et ladite source acoustique latérale (S lat ) sont configurées pour être individuellement alimentées par des canaux de DSP et d’amplification et contrôlées électroniquement en amplitude et phase de manière à contrôler la directivité du rayonnement sonore de l’enceinte acoustique (E). Enceinte acoustique (E) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle ladite enceinte acoustique (E) est apte à être empilée avec une deuxième enceinte acoustique (E’) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, - où les dites enceintes (E) et (E’) comprennent chacune en outre respectivement une première face supérieure (F Esup ) et une première face inférieure (F Einf ) d’une part, et une deuxième face supérieure (F E’sup ) et une deuxième face inférieure (F E’inf ) d’autre part, - où ladite enceinte acoustique (E) est apte à être empilée avec la deuxième enceinte acoustique (E’) par le dessous, par le dessus, ou sur le côté. Enceinte acoustique (E) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, de type bass reflex, comprenant en outre au moins un évent associé à la au moins une source acoustique latérale (Sl at ), caractérisée en ce que le au moins un évent est positionné sur la face arrière (F Ear ) de l’enceinte acoustique (E).