Brevet FR3150068A1 — publié le 20241220

Equipement de restitution sonore à scène sonore réglable L’équipement (10) comporte : - une enceinte (20) avec : - un haut-parleur central (28A, 28B) ; - deux haut-parleurs latéraux (24, 26), - une unité de traitement d’informations (30, 56, 60) pour former : - un canal central ; - un signal central pour le haut-parleur central ; et - un signal droit, respectivement gauche, appliqué au haut-parleur droit, respectivement gauche. L’unité est propre à former les signaux : - dans un mode stéréo : - le signal central est le canal central ; - le signal droit, respectivement gauche, est le canal droit respectivement diminué du canal central ; et - dans un mode mono omnidirectionnel : - les signaux des haut-parleurs sont une même combinaison des canaux droit et gauche ; - dans un mode mono unidirectionnel : - l’un des signaux est une combinaison des canaux droit et gauche et les autres signaux sont nuls. Figure pour l'abrégé : 1 Equipement de restitution sonore à scène sonore réglable 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 orientés pour diffuser suivant une direction principale ; - deux haut-parleurs latéraux droit et gauche orientés pour diffuser dans des sens opposés suivant une direction définissant un angle compris entre 70 et 110° par rapport à la direction principale, - une unité de traitement d’informations pour la combinaison des canaux droit et gauche pour former : - un canal central formé d’une combinaison des canaux gauche et droit ; - au moins un signal d’excitation central appliqué au ou à chaque haut-parleur central ; - un signal d’excitation droit appliqué au haut-parleur droit ; et - un signal d’excitation gauche appliqué au haut-parleur gauche. Les usages actuels privilégient l’écoute de la musique à partir d’une seule enceinte. Il existe des enceintes « mono » et des enceintes « stéréo ». Les enceintes « stéréo » comportent deux haut-parleurs restituant séparément les canaux droit et gauche. Les enceintes « mono » restituent un son unique formé de la combinaison des canaux droit et gauche de l’enregistrement. Elles regroupent des enceintes unidirectionnelles dans lesquelles le son est diffusé dans une direction unique et des enceintes omnidirectionnelles dans lesquelles le son est diffusé dans plusieurs directions. Chaque type d’enceinte présente des avantages qui lui sont propres. En fonction de l’usage souhaité, et notamment du type de contenu restitué, du niveau d’écoute, de l’environnement acoustique, de la position et du nombre d’auditeurs, il est préférable d’utiliser une enceinte stéréo, une enceinte mono unidirectionnelle ou une enceinte mono omnidirectionnelle. La possession des trois types d’enceinte conduit à des dépenses élevées auxquelles renonce un bon nombre d’utilisateurs, limitant ainsi, suivant les conditions, la qualité de la restitution sonore. L’invention a pour but de proposer un équipement de restitution sonore au coût réduit permettant de disposer d’une qualité de restitution satisfaisante, quelles que soient les conditions d’utilisation. A cet effet, l’invention a pour objet un équipement de restitution sonore du type précité, caractérisé en ce que l’unité de traitement d’informations est propre à former les signaux d’excitation suivant 3 modes de diffusion distincts suivant lesquels : - dans un mode stéréo : - pour au moins certaines fréquences, le ou chaque signal d’excitation central est le canal central ; - pour au moins certaines fréquences, le signal d’excitation droit est le canal droit diminué du canal central ; et - pour au moins certaines fréquences, le signal d’excitation gauche est le canal gauche diminué du signal central ; - dans un mode mono omnidirectionnel : - les signaux d’excitation de tous les haut-parleurs sont une même combinaison mono des canaux droit et gauche ; - dans un mode mono unidirectionnel : - pour au moins certaines fréquences, l’un seulement des signaux d’excitation est une combinaison mono des canaux droit et gauche et les autres signaux d’excitation des haut-parleurs sont nuls ; et en ce qu’il comporte un organe de sélection d’au moins un mode de diffusion. Suivant les modes particuliers de réalisation, l’équipement comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le canal central est une corrélation des canaux droit et gauche ; - dans le mode mono unidirectionnel, pour les fréquences inférieures à une fréquence de référence, les signaux d’excitation de tous les haut-parleurs sont une même combinaison mono des canaux droit et gauche ; - dans les modes mono unidirectionnel et mono omnidirectionnel, la combinaison mono des canaux droit et gauche est la somme des canaux droit et gauche ; - l’organe de sélection est propre à permettre la sélection d’une combinaison de modes de diffusion, et en ce que l’unité de traitement d’informations est propre à former chaque signal d’excitation comme une combinaison des signaux d’excitation correspondants définis dans chaque mode de diffusion en fonction de l’état de l’organe de sélection ; - l’unité de traitement d’informations comporte un module de pondération propre à fournir une pondération des différents modes de diffusion en fonction de l’état de l’organe de sélection et un répartiteur propre à former chaque signal d’excitation comme une combinaison des signaux d’excitation correspondants définis dans chaque mode de diffusion en fonction de la pondération fournie par le module de pondération ; - l’unité de traitement d’informations comporte un répartiteur dans lequel est mémorisée, pour chaque mode de diffusion, au moins une matrice de transfert et en ce que le répartiteur est propre, pour chaque mode de diffusion, à former les signaux d’excitation comme le produit de la matrice de transfert associée par un vecteur comportant le canal central, le canal droit diminué du canal central, le canal droit diminué du signal central, et la combinaison mono des canaux droit et gauche. L’invention sera mieux comprise à la relecture de la description qui va suivre, donner uniquement à titre d’exemple et fait en se référant aux dessins sur lesquels : - La est une vue schématique d’un équipement de restitution sonore selon l’invention. 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 sens opposés. Leurs axes sont décalés angulairement d’un angle inférieur ou égal à vingt degrés et sont avantageusement coaxiaux mais opposés. En variante, les haut-parleurs 24 et 26 sont remplacés par des groupes de haut-parleurs latéraux droits et gauches chacun par groupe, chaque groupe étant alimenté par un même signal de haut-parleur. L’enceinte comporte en outre un haut-parleur central avant 28A et un haut-parleur central arrière 28B dont les axes d’émission sont disposés sensiblement suivant la bissectrice de l’angle délimité par les axes d’émission des haut-parleurs latéraux 24 et 26. Les deux haut-parleurs centraux 28A et 28B sont disposés avec leurs sens d’émission opposés. 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. L’unité de traitement d’information 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 conditionné 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 des canaux droit R et gauche L. 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. Elle comporte en outre deux soustracteurs 44, 46 propres reliés respectivement à l’entrée 14 pour recevoir le canal droit R et 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 décolérés droit et gauche notés R’ = R - C et L’ = L - C. Le conditionneur 30 comporte en outre un sommateur 47 dont les entrées sont reliées aux deux entrées 14 et 16. Ce sommateur est propre à produire en sortie une combinaison mono des canaux droit R et gauche L appelée canal mono, noté M, et formé de la somme des canaux droit R et gauche L de sorte que M = L + R. L’équipement 10 comporte en outre un organe de sélection 50 permettant à l’utilisateur de sélectionner trois modes de diffusion distincts assurant une diffusion mono unidirectionnel ou mono monodirectionnelle ou stéréophonique et une combinaison de ceux-ci deux à deux. Cet organe de sélection 50 est par exemple un organe de sélection rotatif. Il comporte un curseur déplaçable en rotation sur 360 degrés par rapport à une partie fixe de l’organe de sélection. En fonction de la position du curseur, l’organe de sélection est propre à produire, en sortie, un angle θ représentatif de la position du curseur rotatif. L’angle θ prend alors toutes les valeurs entre 0 et 360° en fonction de la position du curseur ou entre 0 et 2π si les valeurs de l’angle θ sont exprimées en radian. Les valeurs de θ sont exprimées modulo 360° ou 2π suivant le cas pour tenir compte de la rotation infinie du curseur. Sur la partie fixe de l’organe de sélection, autour de l’axe de rotation du curseur sont disposés trois index espacés angulairement de 120 degrés, un index 54A désignant le mode mono omnidirectionnel, un index 54B désignant le mode mono unidirectionnel et un index 54C désignant le mode stéréophonique. L’organe de sélection 50 est relié à un module de pondération 56 recevant en entrée l’angle θ représentatif de la position du curseur 52. Ce module de pondération est propre à engendrer trois coefficients de pondération α, β, γ, chacun compris entre 0 et 1. Ils sont représentatifs de la pondération de chacun des modes choisis par l’utilisateur en fonction de la position du curseur 52. Le coefficient α est associé au mode mono omnidirectionnel, les coefficients β et γ étant associés aux modes mono unidirectionnel et stéréophonique respectivement. Le module de pondération 56 est propre à affecter, à un coefficient donné, la valeur maximale 1 lorsque le curseur est sur l’index du mode associé à ce coefficient et à faire que le coefficient soit d’autant plus petit que le curseur s’éloigne, dans un sens ou dans l’autre, de l’index du mode associé au coefficient considéré. Le coefficient est nul lorsque le curseur est sur les deux autres index correspondant aux deux autres modes ou entre ces deux index. Par exemple, chacun des coefficients α, β, γ suit une loi trigonométrique telle qu’indiquée ci-dessous. si , si , si , si , si , si , Le module de pondération 56 est relié à un répartiteur 60 propre à recevoir les trois coefficients de pondération α, β et γ. Le répartiteur 60 comporte quatre entrées pour les canaux conditionnés à savoir les canaux décorrélés droit R’ et gauche L’, le canal central C et le canal mono M issu du conditionneur 30. Le répartiteur comporte quatre sorties pour des signaux d’excitation des quatre 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 CF pour le haut-parleur avant 28A et un signal d’excitation central arrière S CB pour le haut-parleur central arrière 28B. L’équipement de restitution sonore comporte enfin quatre amplificateurs 64, 66, 68 et 70 pour les signaux de haut-parleurs S R , S L , S CF et S C B . Les sorties des amplificateurs 64 et 66 sont reliées aux haut-parleurs ou groupes de haut-parleurs latéraux 24 et 26 alors que les sorties des amplificateurs 68 et 70 sont reliées au haut-parleur ou groupe de haut-parleurs central avant 28A et arrière 28B respectivement. Le répartiteur 60 est propre à définir chacun des signaux d’excitation comme une combinaison linéaire des canaux conditionnés. L’application linéaire donnant les signaux d’excitation des haut-parleurs en fonction des canaux conditionnés S est définie par la matrice MM formée de la somme de trois matrices de répartition M1, M2 et M3 chacune propre à un mode de diffusion, chaque matrice étant pondérée du coefficient α, β, γ propre au mode issu du module de pondération 56. Plus précisément, une première matrice M1 caractéristique du mode mono omnidirectionnel est mémorisée dans le répartiteur. Cette matrice M1 est reproduite ci-dessous multipliée par son coefficient α associé. Les signaux d’excitation obtenus sont indiqués en fonction des canaux conditionnés reçus par application de la matrice M1. La matrice M1 est telle que dans le mode mono omnidirectionnel avec le curseur sur l’index 54A pour toutes les fréquences, les signaux d’excitation S L , S CF , S R et S CB sont chacun égaux au canal mono M. Deux matrices M2a et M2b propres au mode mono unidirectionnel sont mémorisées dans le répartiteur 60. La matrice M2a est utilisée pour la combinaison des canaux conditionnés pour les fréquences inférieures à une fréquence de référence f ref alors que la matrice M2b est mise en œuvre pour les signaux de fréquences supérieures à cette fréquence de référence f ref . Les matrices M2a et M2b sont exprimées comme indiqué ci-dessous dans les mêmes conditions que la matrice M1. À noter que les matrices M1 et M2a sont identiques. Pour M2a : Pour M2b : Ainsi, ces matrices sont telles que dans le mode mono unidirectionnel avec le curseur sur l’index 54B, les signaux d’excitation S L , S CF , S R et S CB sont chacun égaux au canal mono M pour les fréquences inférieures à f ref . Pour les fréquences supérieures à f ref , tous les signaux d’excitation sont nuls à l’exception du signal d’excitation central avant S CF qui est égal au canal mono M. Enfin, pour le mode stéréophonique pur, le répartiteur 60 applique une matrice M3 mémorisée dans le répartiteur quelle que soit la fréquence. Cette matrice M3 est indiquée ci-dessous dans les mêmes conditions que la matrice M1. Cette matrice est telle que, dans le mode stéréophonique pur avec le curseur sur l’index 54C, pour toutes les signaux d’excitation droit S R et gauche S L sont égaux respectivement aux canaux décorrélés droit R’ et gauche L’, les signaux d’excitation centraux avant S CF et arrière S C B étant tous deux égaux au canal central C. Pour toute position de l’organe de sélection 50, le répartiteur 60 est ainsi propre à définir les signaux d’excitation S L , S CF , S R et S C B des haut-parleurs comme une fonction linéaire dont la matrice MM est donnée par MM = αM 1 + βM 2 + γM 3 où M2 est égale à M2a ou M2b suivant la fréquence. Les coefficients α, β et γ sont issus du module de pondération 56. On comprend que l’organe de sélection 50 permet à l’utilisateur de faire varier graduellement le comportement spatial de l’enceinte entre trois modes particuliers que sont le mode stéréo, le mode mono unidirectionnel et le mode mono omnidirectionnel en fonction de son usage tout en conservant une réponse en fréquence et un rendu objectif des timbres cohérent entre tous les modes. Lorsque le curseur est entre deux index, les deux modes associés à ces index se cumulent avec une pondération fixée par les coefficients définis par le module de pondération. En variante, le canal conditionné central C est formé non pas de la corrélation des canaux L et R mais de la somme des canaux L et R. Le canal central C est alors obtenu en sortie du sommateur 47, l’étage d‘extraction 36 étant supprimé. Plus généralement, le canal conditionné central C est formé d’une combinaison des canaux L et R. Suivant encore une autre variante, une même matrice de passage M2 = M2b est utilisée quelle que soit la fréquence du signal pour le mode mono unidirectionnel et la matrice M2a n’existe pas. En variante, dans chacun des modes, plusieurs matrices de passage sont définies en fonction des gammes de fréquence du signal à l’exemple de ce qui est présenté pour le mode mono unidirectionnel. En particulier par exemple, dans le mode stéréophonique, la matrice M3 est utilisée pour les fréquences supérieures à une fréquence de référence et la matrice M2a est utilisée pour les fréquences inférieures à cette fréquence de référence. En variante, un unique haut-parleur central est utilisé. Ainsi, le haut-parleur central arrière 28B est supprimé ainsi que sa chaîne de contrôle et seul le haut-parleur central avant 28A est maintenu. L’organe de sélection est suivant un mode de réalisation alternatif non pas à variation continue entre les trois modes mais un organe de sélection discret, à 3 positions, une par mode ou à 6, 9, 12, etc. positions pour des combinaisons linéaires de modes. Dans tous les cas, l’organe de sélection est en variante à déplacement rectiligne et non rotatif. En variante, il est formé d’un curseur mobile sur un écran et dont la position est représentative de la valeur θ. Equipement (10) de restitution sonore comportant : - une entrée (14, 16) pour un signal stéréophonique avec un canal droit (R) et un canal gauche (L) ; - une enceinte (20) avec : - au moins un haut-parleur central (28A, 28B) orientés pour diffuser suivant une direction principale ; - deux haut-parleurs latéraux droit (24) et gauche (26) orientés pour diffuser dans des sens opposés suivant une direction définissant un angle compris entre 70 et 110° par rapport à la direction principale, - une unité de traitement d’informations (30, 56, 60) pour la combinaison des canaux droit (R) et gauche (L) pour former : - un canal central (C) formé d’une combinaison des canaux gauche (R) et droit (L) ; - au moins un signal d’excitation central (S CF , S CB ) appliqué au ou à chaque haut-parleur central (28A, 28B) ; - un signal d’excitation droit (S R ) appliqué au haut-parleur droit (24) ; et - un signal d’excitation gauche (S L ) appliqué au haut-parleur gauche (26), caractérisé en ce que l’unité de traitement d’informations (30, 56, 60) est propre à former les signaux d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) suivant 3 modes de diffusion distincts suivant lesquels : - dans un mode stéréo : - pour au moins certaines fréquences, le ou chaque signal d’excitation central (S CF , S CB ) est le canal central (C) ; - pour au moins certaines fréquences, le signal d’excitation droit (S R ) est le canal droit (R) diminué du canal central (C) ; et - pour au moins certaines fréquences, le signal d’excitation gauche (S L ) est le canal gauche (L) diminué du signal central (C) ; - dans un mode mono omnidirectionnel : - les signaux d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) de tous les haut-parleurs (24, 26, 28A, 28B) sont une même combinaison mono des canaux droit (R) et gauche (L) ; - dans un mode mono unidirectionnel : - pour au moins certaines fréquences, l’un seulement des signaux d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) est une combinaison mono des canaux droit (R) et gauche (L) et les autres signaux d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) des haut-parleurs (24, 26, 28A, 28B) sont nuls ; et en ce qu’il comporte un organe de sélection (50) d’au moins un mode de diffusion. Equipement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal central (C) est une corrélation des canaux droit (R) et gauche (L). Equipement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans le mode mono unidirectionnel, pour les fréquences inférieures à une fréquence de référence, les signaux d’excitation (S R1 , S L1 , S CF , S CB ) de tous les haut-parleurs (24, 26, 28A, 28B) sont une même combinaison mono des canaux droit (R) et gauche (L). Equipement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans les modes mono unidirectionnel et mono omnidirectionnel, la combinaison mono des canaux droit (R) et gauche (L) est la somme des canaux droit (R) et gauche (L). Equipement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’organe de sélection (50) est propre à permettre la sélection d’une combinaison de modes de diffusion, et en ce que l’unité de traitement d’informations (30, 56, 60) est propre à former chaque signal d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) comme une combinaison des signaux d’excitation correspondants définis dans chaque mode de diffusion en fonction de l’état de l’organe de sélection (50). Equipement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l’unité de traitement d’informations (30, 56, 60) comporte un module de pondération (56) propre à fournir une pondération (α, β, γ) des différents modes de diffusion en fonction de l’état de l’organe de sélection (50) et un répartiteur (60) propre à former chaque signal d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) comme une combinaison des signaux d’excitation correspondants définis dans chaque mode de diffusion en fonction de la pondération (α, β, γ) fournie par le module de pondération (56). Equipement selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, l’unité de traitement d’informations (30, 56, 60) comporte un répartiteur (60) dans lequel est mémorisée, pour chaque mode de diffusion, au moins une matrice de transfert (M1, M2a, M2b, M3) et en ce que le répartiteur (60) est propre, pour chaque mode de diffusion, à former les signaux d’excitation (S R , S L , S CF , S CB ) comme le produit de la matrice de transfert associée par un vecteur comportant le canal central (C), le canal droit (R) diminué du canal central (C), le canal droit (R) diminué du signal central (C), et la combinaison mono des canaux droit (R) et gauche (L).