Brevet FR3150066A1 — publié le 20241220

Equipement de restitution sonore à scène sonore élargie L’équipement de restitution sonore (10) comporte : - une entrée (14) pour un signal stéréophonique ; - une enceinte (20) avec : - un haut-parleur central (28) ; et - deux haut-parleurs latéraux (24, 26) orientés pour diffuser dans des sens opposés et chacun suivant une direction définissant un angle compris entre 25° à 155° par rapport à la direction principale du haut-parleur central (28) ; et - une unité de traitement (30, 50) est propre à adresser : - au haut-parleur central (28), un signal d’excitation (Sc) dont la composante majoritaire est un signal central (C) formé des informations communes aux canaux droit (R) et gauche (L) ; et - au haut-parleur droit (24) et gauche (26), un signal dont la composante majoritaire est le signal d’excitation droit, respectivement gauche, décorrélé (R’, L’) égal à la différence du canal droit (R) respectivement gauche (L) et du signal central (C). Figure pour l'abrégé : 1 Equipement de restitution sonore à scène sonore élargie La présente invention concerne un équipement de restitution sonore, du type comportant : - une entrée pour un signal stéréophonique avec un canal droit et un canal gauche ; - une enceinte avec : - au moins un haut-parleur central diffusant suivant une direction principale ; et - au moins deux haut-parleurs latéraux orientés pour diffuser dans des sens opposés et chacun suivant une direction définissant un angle compris entre 25° à 155° par rapport à la direction principale ; et - une unité de traitement d’informations pour la combinaison des signaux droit et gauche et commander chaque haut-parleur avec un signal d’excitation de haut-parleur respectif. Les contenus audio sont généralement enregistrés avec deux canaux sonores, l’un droit couramment désigné par R et l’autre gauche couramment désigné par L. Ces deux signaux permettent de reproduire un son stéréo à partir de deux enceintes. Afin de bénéficier des qualités de ce format, l’auditeur doit disposer de deux enceintes et les placer de manière identique à ce qui est fait en studio d’enregistrement lors de la création des contenus. L’usage actuel privilégie l’écoute de la musique à partir d’une seule enceinte qui est généralement « mono ». Les canaux droit et gauche sont combinés par sommation ou par un algorithme spécifique en un seul signal dit « mono ». Des enceintes « stéréo » prévues pour être utilisées seules sont conçues pour reproduire un son stéréo à partir de deux haut-parleurs, ou groupe de haut-parleurs disposés à poste dans la même cavité d’une enceinte. Ils ne peuvent donc pas être correctement positionnés l’un par rapport à l’autre. Ces enceintes présentent les inconvénients suivants : - une mauvaise précision du contenu corrélé entre les signaux droit et gauche à cause des interférences acoustiques (filtre en peigne) générées par la reproduction d’un même contenu par les deux haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs ; - un effet de largeur de scène stéréo très limité dans le cas où les haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs reproduisant les canaux droit et gauche sont proches et orientés vers l’auditeur ; et - une perte d’extrême aigu dans le cas où les haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs reproduisant les canaux droit et gauche ne sont pas orientés vers l’auditeur. Une solution a été proposé par Reid Woodbury en 1989 dans la revue « Bulder » du 1/89 en page 10. A partir des canaux stéréo, il crée par matriçage trois signaux de haut-parleurs, un premier signal C pour un haut-parleur central formé de la somme C = L + R des canaux gauche L et droit R ; et deux signaux de haut-parleurs latéraux S L et S R pour deux haut-parleurs orientés en des sens opposés suivant un même axe perpendiculaire à celui du haut-parleur central, à savoir un signal de haut-parleur gauche S L = L - R formé du canal gauche réduit du canal droit et un signal de haut-parleur droit S R = R - L formé du canal droit réduit du canal gauche. Cette solution présente des inconvénients importants et n’est pratiquement pas utilisée, du fait de l’interférence entre les canaux et d’une faible localisation des sources pour l’auditeur. L’invention a pour but de proposer un équipement de restitution sonore permettant à partir de haut-parleurs disposés dans une même enceinte et d’un signal d’entrée stéréophonique de produire, pour l’utilisateur, une scène sonore large, avec une précision importante de localisation des sources sonores et une réponse en fréquence dépourvue d’interférence. A cet effet, l’invention a pour objet un équipement de restitution sonore du type précité, caractérisé en ce que l’unité de traitement est propre à adresser : - à le ou chaque haut-parleur central, un signal d’excitation dont la composante majoritaire est un signal central formé des informations communes aux canaux droit et gauche ; - au haut-parleur droit, un signal dont la composante majoritaire est le signal d’excitation droit décorrélé égal à la différence du canal droit et du signal central ; et - au haut-parleur gauche, un signal dont la composante majoritaire est un signal d’excitation gauche décorrélé égal à la différence du canal gauche et du signal central. Suivant les modes particuliers de réalisation, l’équipement comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la proportion de la composante majoritaire dans le signal adressé au haut-parleur est variable en fonction des fréquences du signal ; - pour au moins certaines fréquences du signal, l’unité de traitement d’informations est propre à adresser en outre : - à le ou chaque haut-parleur central, une composante minoritaire formée du signal d’excitation droit décorrélé égal à la différence du canal droit et du signal central et une composante minoritaire formée du signal d’excitation gauche décorrélé égal à la différence du canal gauche et du signal central - au haut-parleur droit, une composante minoritaire formée du signal d’excitation gauche décorrélé égal à la différence du canal gauche et du signal central et une composante minoritaire formée du signal central égal à la corrélation des canaux droit et gauche ; et - au haut-parleur gauche, une composante minoritaire formée du signal d’excitation droit décorrélé égal à la différence du canal droit et du signal central et une composante minoritaire formée du signal central égal à la corrélation des canaux droit et gauche ; - l’angle est compris entre 70° et 110° ; - l’enceinte comporte deux haut-parleurs centraux diffusant en des sens opposés suivant la direction principale, et l’unité de traitement est propre à adresser aux deux haut-parleurs centraux, le signal d’excitation dont la composante majoritaire est un signal central égal à la corrélation des canaux droit et gauche. L’invention sera mieux comprise à la relecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - La est une vue schématique d’un équipement de restitution sonore selon l’invention ; - La est une vue en perspective d’un équipement de restitution sonore selon l’invention vue de côté ; et - La est une vue de face de l’équipement de restitution sonore de la . L’équipement de restitution sonore 10 illustré sur la est adapté pour être connecté à une source 12 de signaux stéréophoniques au travers d’une entrée droite 14 pour un canal droit noté R et une entrée gauche 16 pour un canal gauche noté L. L’équipement de restitution sonore comporte une enceinte 20 délimitant un caisson dans lequel sont disposés plusieurs haut-parleurs immobilisés en position les uns par rapport aux autres. L’enceinte comporte deux haut-parleurs latéraux droit 24 et gauche 26 disposés pour émettre en des sens opposés. Leurs axes sont par exemple confondus et délimitent alors entre eux un angle de 180°. Plus généralement, les axes des haut-parleurs droit et gauche sont décalés angulairement d’un angle supérieur ou égal à cinquante degrés. L’angle entre deux directions, axes ou droites est défini de la manière suivante. On entend par angle entre deux droites définissant les angles de diffusion de deux haut-parleurs, l’angle entre les vecteurs directeurs de ces droites, que ces droites soient ou non séquentes. Ainsi, si et sont des vecteurs directeurs de deux droites d 1 et d 2 , alors l’angle entre les deux droites est donné par = cos -1 ) où désigne la norme et la valeur absolue. En variante, les haut-parleurs 24 et 26 sont remplacés par des groupes de haut-parleurs latéraux droit et gauche chacun par groupe, chaque groupe étant alimenté par un même signal de haut-parleur. L’enceinte comporte en outre un haut-parleur central 28 ou un groupe de haut-parleurs centraux 28 dont l’axe de diffusion délimite avec les axes de diffusion des haut-parleurs latéraux des angles sensiblement égaux. Ainsi, l’axe de diffusion du haut-parleur central est disposé sensiblement suivant la bissectrice de l’angle délimité par les axes de diffusion des haut-parleurs latéraux 24 et 26 lorsque les axes de diffusion sont coplanaires. Si les axes des haut-parleurs latéraux sont coplanaires et si le haut-parleur central a un axe non compris dans le plan des axes des haut-parleurs latéraux, l’axe du haut-parleur central est tel que sa projection orthogonale sur le plan des axes des haut-parleurs latéraux soit sensiblement confondue avec la bissectrice des axes des haut-parleurs latéraux ou réduite à un point. Dans ce dernier, l’axe du haut-parleur central est perpendiculaire au plan des axes des deux haut-parleurs latéraux. Les directions de diffusion des haut-parleurs latéraux 24, 26 définissent chacun avec la direction de diffusion du ou de chaque haut-parleur central 28 un angle compris entre 25° et 155° et de préférence entre 70° et 110° et encore plus préférentiellement proche de 90°. Dans le mode de réalisation présenté, l’enceinte 20 comporte deux haut-parleurs centraux 28 coaxiaux disposés avec leurs sens de diffusion opposés. En variante du mode de réalisation décrit en regard de la , l’équipement de restitution sonore comporte plus de deux haut-parleurs centraux 28 disposés dans un même plan. Les haut-parleurs centraux sont répartis angulairement autour d’un axe de l’équipement de restitution sonore, lequel est avantageusement confondu avec l’un des axes de diffusion des haut-parleurs latéraux ou est décalé angulairement d’un angle compris entre 25° et 155° et avantageusement entre 70° et 110° et encore plus préférentiellement proche de 90°. L’équipement de restitution sonore comporte un conditionneur 30 formé d’une unité de traitement d’information propre à assurer les traitements décrits ci-après. Le conditionneur comporte un étage d’extraction 36 propre à produire, à partir des canaux droit R et gauche L reçus des entrées 14 et 16, un canal central C formé des informations communes aux canaux droit R et gauche L. L’étage d’extraction 36 est propre à assurer une fonction de corrélation. En variante, l’étage 36 met en œuvre un algorithme de calcul du canal central C dans le domaine fréquentiel tel que décrit dans l’article Frequency-Domain Two-to Three-Channel Upmix for Center Channel Derivation and Speech Enhancement, Earl Vickers 1 , 1 STMicroelectronics, Santa Clara, CA 95054, earl.vickers@st.com. Le conditionneur 30 comporte en outre deux soustracteurs 44, 46 reliés respectivement à l’entrée 14 pour recevoir le canal droit R et pour l’autre à l’entrée 16 pour le canal gauche L. Sur leurs autres entrées, les soustracteurs 44, 46 reçoivent le même canal central C de sorte que chaque soustracteur 44, 46 assure respectivement la différence entre le canal droit R respectivement gauche L et le canal central C. En sortie de ces soustracteurs, sont obtenus deux canaux décorrélés droit et gauche notés R’ = R - C et L’ = L - C. Ces signaux conditionnés sont reçus à l’entrée d’un répartiteur 50 propre à recevoir en outre des coefficients de la répartition mémorisés dans un module de répartition 52 relié au répartiteur 50. Le répartiteur 50 est formé par la même unité de traitement d’information que le conditionneur 30. Le répartiteur 50 comporte trois entrées pour les canaux conditionnés à savoir les canaux décorrélés droit R’ et gauche L’, le canal central C. Le répartiteur comporte trois sorties pour des signaux d’excitation des trois haut-parleurs et en particulier des signaux d’excitation droit S R’ et gauche S L’ pour les haut-parleurs droit et gauche 24 et 26 respectivement, un signal d’excitation central avant noté S C pour les haut-parleurs centraux 28. L’équipement de restitution sonore comporte enfin trois amplificateurs 54, 56, 58 pour les signaux de haut-parleurs S R’ , S L’ et S C . Les sorties des amplificateurs 54 et 56 sont reliées aux haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs latéraux 24 et 26 alors que la sortie de l’amplificateur 58 est reliée au haut-parleur ou groupe de haut-parleurs central 28. Le répartiteur 50 est propre à définir chacun des signaux d’excitation comme une combinaison linéaire des canaux conditionnés R′, L′ et C. L’application linéaire donnant les signaux d’excitation des haut-parleurs en fonction des canaux conditionnés est définie par une matrice Ma ou Mb dont les coefficients sont mémorisés dans le module de répartition 52. Deux matrices Ma et Mb sont mémorisées. La matrice Ma est utilisée pour la combinaison des canaux conditionnés pour les fréquences inférieures à une fréquence de référence f ref alors que la matrice Mb est mise en œuvre par les signaux de fréquences supérieures à cette fréquence de référence f ref . La fréquence de référence f ref est comprise entre 100 Hz et 1000 Hz et de préférence sensiblement égale à 500 Hz. Les matrices Ma et Mb sont exprimées ci-dessous. Pour Ma : Pour Mb : Ainsi, ces matrices sont telles que pour les fréquences supérieures à f ref , les signaux d’excitation S L ’, S C , S R ’ sont chacun égaux aux canaux L’, C et R’ respectivement par application de la matrice Mb. Pour les fréquences inférieures à f ref , les signaux d’excitation sont définis par application de la matrice Ma qui assure que chaque signal d’excitation soit formé majoritairement du canal correspondant et minoritairement des deux autres canaux. Ainsi, le signal d’excitation droit S R ’, respectivement gauche S L ’, est formé majoritairement du canal décorrélé droit R’ = R - C auquel est ajouté une composante minoritaire du canal décorrélé gauche L’ = L - C et une composante minoritaire du canal central C, respectivement du canal décorrélé gauche L’ = L - C auquel est ajouté une composante minoritaire du canal décorrélé droit R’ = R - C et une composante minoritaire du canal central C. Au sens de la demande, on entend par composante majoritaire dans un signal, une composante représentant plus de 50% du signal et par composante minoritaire, une composante représentant moins de 50% du signal. Ainsi, les coefficients de la matrice Ma sont tels que ll > 2lc, ll > 2lr, rr > 2rl et rr > 2rc. De même le signal d’excitation central S C est formé majoritairement du canal central C auquel est ajouté une composante minoritaire du canal décorrélé gauche L′ = L - C et une composante minoritaire du canal décorrélé droit R’ = R - C. Ainsi, les coefficients de la matrice Ma sont tels que cc > 2cl et cc > 2cr. On conçoit que la diffusion d’un signal de haut-parleur central formé de la corrélation des canaux droit et gauche ou plus généralement des informations communes aux canaux droit R et gauche L et la diffusion latéral des canaux droit et gauche diminués du signal contenant les informations communes aux canaux droit R et gauche L permet d’éviter les interférences et cela permet d’augmenter la largeur de la scène perçue par l’auditeur. Suivant un mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, l’équipement de restitution sonore 200 comporte une enceinte d’une forme généralement cylindrique à axe horizontal. Le cylindre présente un méplat 202 formant un pied permettant sa station en position stable avec son axe horizontal. Sur les faces latérales d’extrémité, l’enceinte comporte deux radiateurs passifs 204. Sur sa paroi latérale, l’enceinte comporte deux haut-parleurs latéraux 224, 226 disposés dans un même plan transversal du cylindre passant par l’axe du cylindre et un haut-parleur central 228 placé en position médiane. Le plan contenant les axes des deux haut-parleurs latéraux sont décalés angulairement de 72° autour de l’axe du cylindre par rapport à la direction de diffusion du haut-parleur central 228 comme illustré sur la . Les deux haut-parleurs latéraux ont des directions de diffusion décalées angulairement de 52° comme illustré sur la Dans ces conditions, les directions de diffusion des deux haut-parleurs latéraux 224, 226 sont décalées angulairement par rapport à la direction de diffusion du haut-parleur central 228 de 73,9°. Equipement de restitution sonore (10) comportant : - une entrée (14, 16) pour un signal stéréophonique avec un canal droit (R) et un canal gauche (L) ; - une enceinte (20 ; 200) avec : - au moins un haut-parleur central (28 ; 228) diffusant suivant une direction principale ; et - au moins deux haut-parleurs latéraux (24, 26 ; 224, 226) orientés pour diffuser dans des sens opposés et chacun suivant une direction définissant un angle compris entre 25° à 155° par rapport à la direction principale ; et - une unité de traitement d’informations (30, 50) pour la combinaison des signaux droit (R) et gauche (L) et commander chaque haut-parleur avec un signal d’excitation de haut-parleur respectif (S R ’ , S c , S L ’ ), caractérisé en ce que l’unité de traitement (30, 50) est propre à adresser : - à le ou chaque haut-parleur central (28 ; 228), un signal d’excitation (Sc) dont la composante majoritaire est un signal central (C) formé des informations communes aux canaux droit (R) et gauche (L) ; - au haut-parleur droit (24 ; 224), un signal dont la composante majoritaire est le signal d’excitation droit décorrélé (R’) égal à la différence du canal droit (R) et du signal central (C) ; et - au haut-parleur gauche (26 ; 226), un signal dont la composante majoritaire est un signal d’excitation gauche décorrélé (L’) égal à la différence du canal gauche (L) et du signal central (C). Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la proportion de la composante majoritaire dans le signal adressé au haut-parleur est variable en fonction des fréquences du signal. Equipement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour au moins certaines fréquences du signal, l’unité de traitement d’informations est propre à adresser en outre : - à le ou chaque haut-parleur central (28 ; 228), une composante minoritaire formée du signal d’excitation droit décorrélé (R’) égal à la différence du canal droit (R) et du signal central (C) et une composante minoritaire formée du signal d’excitation gauche décorrélé (L’) égal à la différence du canal gauche (L) et du signal central (C) ; - au haut-parleur droit (24 ; 224), une composante minoritaire formée du signal d’excitation gauche décorrélé (L’) égal à la différence du canal gauche (L) et du signal central (C) et une composante minoritaire formée du signal central (C) égal à la corrélation des canaux droit (R) et gauche (L) ; et - au haut-parleur gauche (26 ; 226), une composante minoritaire formée du signal d’excitation droit décorrélé (R’) égal à la différence du canal droit (R) et du signal central (C) et une composante minoritaire formée du signal central (C) égal à la corrélation des canaux droit (R) et gauche (L). Équipement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle est compris entre 70° et 110°. Equipement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enceinte comporte deux haut-parleurs centraux (28 ; 228) diffusant en des sens opposés suivant la direction principale, et en ce que l’unité de traitement (30, 50) est propre à adresser aux deux haut-parleurs centraux (28 ; 228), le signal d’excitation (Sc) dont la composante majoritaire est un signal central (C) égal à la corrélation des canaux droit (R) et gauche (L).