FR3114209A1 - Systeme de reproduction de sons avec virtualisation du champ reverbere - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE REPRODUCTION DE SONS AVEC VIRTUALISATION DU CHAMP REVERBERE Ce système de reproduction de sons (100) comprend :- une paroi arrière (111), et deux parois latérales (104) constituant un ensemble symétrique par rapport à un plan médian vertical, - et quatre transducteurs dont :deux transducteurs frontaux (105), symétriques par rapport au plan vertical médian, orientés de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intercepté par la tête de l’auditeur placée dans une zone d’écoute et/ou par la paroi arrière et/ou par les parois latérales; deux transducteurs arrière (107), placés symétriquement par rapport au plan vertical médian dans ou sur la partie supérieure de ladite paroi arrière, de part et d’autre du plan médian de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intercepté par la tête de l’auditeur placée dans la zone d’écoute et/ou par les parois latérales. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

SYSTEME DE REPRODUCTION DE SONS AVEC VIRTUALISATION DU CHAMP REVERBERE

1. DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention se rapporte aux systèmes de reproduction de sons.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE

Plus précisément, l’invention se rapporte à un système de reproduction de sons équipant un siège.

Dans un milieu clos, comme une salle de concert ou de cinéma, les ondes sonores se propagent non seulement en ligne droite à partir de leur source, mais subissent aussi de multiples réflexions sur les murs, le plafond et les différents objets se trouvant dans le milieu clos. Le son perçu par l’auditeur est donc la superposition d’une onde directe, dite champ libre, et d’ondes réverbérées, constituant le champ diffus. L’auditeur a alors la sensation d’être « enveloppé » par le son, qui lui provient de multiples directions.

Le phénomène de réverbération est essentiel dans la perception du son. Il permet notamment à l’auditeur de localiser la scène sonore avec une bonne précision.

Toutefois, ce phénomène est intimement dépendant du lieu d’écoute et peut être à l’origine de défauts acoustiques indésirables. Il est donc à la fois souhaitable et gênant car difficilement contrôlable.

Les sons qui sont perçus comme participant à la réverbération sont ceux qui parviennent avec un retard suffisant sur le son direct, comme le montre la . Le retard nécessaire pour que le son se situe dans la zone de réverbération dépend de la fréquence et il est d’autant plus faible que la fréquence est élevée.

Par exemple, un son de fréquence de l’ordre de 500 Hz issu d’une réflexion sur un obstacle placé de sorte que son trajet est allongé de moins de 1,8 m par rapport au son provenant en ligne droite à l’auditeur sera confondu avec ce dernier, alors qu’il sera perçu comme participant au phénomène de réverbération si son trajet est allongé d’une distance supérieure à 1,8 m. A 60 Hz, jusqu’à un allongement du trajet de 18 mètres environ, le son direct et le son réfléchi seront confondus par l’auditeur. Les différentes composantes d’un son sont donc sensiblement modifiées entre l’émission et l’auditeur par la salle d’écoute du fait des différents obstacles qui s’y trouvent, les basses fréquences étant impactées par des obstacles se trouvant dans un rayon autour de la source plus grand que les hautes fréquences.

Dans les basses fréquences, les ondes trouvent ainsi facilement des obstacles entraînant la création d’ondes stationnaires et un filtrage en peigne désagréable pour l’auditeur, sauf si l’on dispose d’une salle d’écoute de très grand volume, avec notamment une très grande hauteur sous plafond.

Il est possible de pallier les défauts acoustiques d’une salle de dimensions plus communes mais cela nécessite une étude acoustique spécifique à cette salle et la mise en place de traitements acoustiques coûteux et trop coûteux pour un usage privé.

Dans le domaine de la reproduction des sons, par exemple la diffusion d’un enregistrement stéréophonique, il est connu d’utiliser deux transducteurs électroacoustiques, comme des haut-parleurs, placés de part et d’autre de l’utilisateur, face à lui ou sur ses côtés.

Les haut-parleurs les plus courants comportent trois voies, dédiées respectivement aux basses, moyennes et hautes fréquences audibles. Les gammes de fréquences émises par ces trois voies présentent des chevauchements deux à deux, qui rendent l’écoute à courte distance désagréable du fait du déphasage entre deux signaux de même fréquence émis par deux voies différentes. La perception de ce déphasage décroît avec la distance aux haut-parleurs. Les haut-parleurs sont donc en général utilisés à une distance de un à plusieurs mètres et leur utilisation à une distance d’écoute inférieure à un mètre n’est pas une pratique courante pour l’homme du métier.

Le son perçu par l’auditeur résulte de l’émission directe par les haut-parleurs et des réflexions multiples dans la salle dans laquelle l’écoute d’un enregistrement est réalisée.

Si l’on choisit de limiter au maximum le phénomène de réverbération dans la salle d’écoute, par exemple grâce à une isolation acoustique appropriée, dans le cas d’une telle écoute stéréophonique, le décalage temporel entre le son provenant du haut-parleur gauche et celui du haut-parleur droit ne permettent de reconstituer que grossièrement la scène spatiale d’origine.

Même avec un enregistrement multicanaux et une reproduction du son par une pluralité de haut-parleurs, la reconstitution de la scène sonore reste imprécise.

Le phénomène de réverbération est nécessaire pour une reconstitution précise et pour que l’auditeur perçoive le son comme naturel.

Cependant, le phénomène de réverbération dans la salle d’écoute est propre à la salle d’écoute et n’est pas toujours maîtrisé ou maîtrisable. Le son perçu par l’auditeur n’est donc pas fidèle à la situation que l’ingénieur du son en charge du mixage aura souhaité recréer, ou la qualité du son perçu n’est pas contrôlée.

Enfin, les ondes directes et/ou réfléchies émises par les deux haut-parleurs peuvent interférer entre elles. Certaines fréquences sont donc significativement amplifiées ou atténuées dans le son reçu par l’auditeur par rapport au son d’origine, comme si un filtre en peigne était appliqué sur le signal sonore d’origine.

Une telle situation ne permet donc pas une écoute de haute qualité.

Si l’on souhaite s’affranchir des spécificités de la pièce d’écoute, il est possible de réaliser une écoute binaurale au moyen d’un casque auriculaire. L’inconvénient d’une telle simple reproduction stéréophonique du son est que le son perçu manque de naturel, de profondeur spatiale, puisque le phénomène de réverbération en est absent et qu’en écoute binaurale pure, les sons sommés en phase sont perçus par l’auditeur comme au-dessus de sa tête.

Il est connu d’utiliser plus de deux haut-parleurs pour que le son reproduit, perçu effectivement par l’auditeur, se rapproche du son qu’il aurait perçu directement.

Le document EP0036337B1 est un exemple dans lequel au moins deux paires de hauts parleurs sont placées autour de la tête de l’auditeur, dans le demi-espace face à l’auditeur et/ou dans le demi-espace en arrière de l’auditeur. Le son émis par la deuxième paire de haut-parleurs est généré par des transducteurs électro-acoustiques contrôlés par un système électronique et la superposition des sons émis par les deux paires de haut-parleurs permet à l’auditeur de localiser la source du son en un point du demi-espace face à lui ou derrière lui qui dépend des valeurs des paramètres d’entrée du système électronique. Le dispositif prévoit la possibilité de superposer des ondes qui simulent la réverbération naturelle, présentant un retard de 10 à 50 ms par rapport à l’onde initiale, pour rendre le son ainsi recréé aussi réaliste que possible.

Toutefois, dans ce dispositif, tous les haut-parleurs sont situés dans un même plan horizontal, ce qui ne permet pas de s’affranchir de l’effet de filtrage en peigne mentionné précédemment.

De plus, les haut-parleurs frontaux occultent partiellement le champ de vision de l’auditeur. Un tel dispositif n’est donc pas nécessairement adapté pour équiper un siège d’une salle de type salle de cinéma.

Enfin, ce système est conçu pour choisir la localisation perçue par l’auditeur de la source sonore, mais il n’est pas optimisé pour que le son reproduit soit aussi fidèle que possible au son enregistré dans une salle d’enregistrement donnée ou au son tel qu’il aurait été perçu dans une salle d’acoustique adaptée à la scène sonore à reproduire.

La demande de brevet WO 2018/194501 A1 décrit un système de reproduction du son permettant de s’affranchir des limitations de la reproduction stéréophonique classique – en particulier de recréer la profondeur de la scène sonore - par l’utilisation de processeurs de signal numérique.

Le système comporte au moins deux haut-parleurs, placés respectivement à gauche et à droite de l’auditeur. Une pluralité de haut-parleurs complémentaires peut être prévue et disposée à volonté dans la pièce, autour de l’auditeur. Les signaux alimentant les différents haut-parleurs sont calculés par un système de traitement du signal numérique à partir des signaux sonores gauche et droite (G et D) enregistrés en stéréophonie. Afin de reproduire l’acoustique d’une salle du choix de l’auditeur, par exemple celle de la salle d’enregistrement, différentes combinaisons des signaux G et D peuvent être envisagées : somme, différence, application d’un gain sur l’un ou l’autre, d’un retard sur l’un ou l’autre, etc.

Le spectre en fréquence des signaux retardés est contrôlé pour tenir compte de l’amortissement de certaines fréquences lors d’une réflexion sur un obstacle et sur le trajet de l’onde. De cette façon, le cerveau de l’auditeur analyse la superposition des signaux émis par chacun des haut-parleurs comme provenant d’une seule source et avec réverbération.

Un tel dispositif ne permet pas de s’affranchir de la réverbération du son par la salle d’écoute, ni d’obtenir une écoute identique en tous les points de la salle.

Des dispositifs de type casque, comme le dispositif décrit par le brevet US8442244 B1 peuvent être envisagés pour pallier ce défaut. Dans ce dernier cas, le casque est acoustiquement transparent, ce qui ne permet pas une bonne isolation acoustique de l’auditeur. Le casque peut en outre être source d’inconfort pour l’auditeur, notamment pour une écoute prolongée.

Des sièges équipés de systèmes de reproduction du son sont par ailleurs connus. Le document WO9930532A1 divulgue ainsi un siège équipé d’un système audio multi-canaux pouvant être utilisé avec un écran pour créer un environnement de « réalité virtuelle », par exemple pour les jeux vidéos. Un haut-parleur au moins est placé de chaque côté de l’utilisateur. En plus de ces deux haut-parleurs, un haut-parleur émettant à des fréquences inférieures à 10 kHz est placé face à l’utilisateur dans le plan médian du siège et un haut-parleur hautes-fréquences ( > 4kHz) supplémentaire peut être placé à l’arrière de l’auditeur ou au-dessus de sa tête pour créer un effet de réverbération. La répartition des signaux électriques entre les différents haut-parleurs peut être gérée par un processeur de signal numérique (Digital Signal Processing ou DSP).

Toutefois, dans le siège décrit par WO9930532A1, les deux haut-parleurs frontaux sont placés dans l’assise du siège, de sorte que les oreilles de l’auditeur ne sont pas dans l’axe ou à proximité de l’axe d’émission de ces haut-parleurs. L’auditeur n’est donc pas dans une position d’écoute optimale par rapport à ces derniers. En particulier l’onde sonore n’atteint pas le lobe frontal de l’auditeur avant ses oreilles, condition nécessaire pour qu’un son monophonique soit perçu comme issu d’une source en avant de la tête de l’auditeur.

De plus, l’émission se faisant dans la direction du plafond, l’onde se réfléchit sur celui-ci, ce qui donne lieu à un phénomène de réverbération non souhaité et non maîtrisé.

Enfin, le siège ne permet pas de limiter la perception par l’utilisateur d’ondes sonores indésirables provenant de la gauche ou de la droite de celui-ci, voire des réflexions des ondes sonores émises par les différents haut-parleurs du dispositif sur les obstacles se trouvant à gauche ou à droite de l’utilisateur. Un tel siège n’est donc pas adapté pour équiper une salle de type salle de cinéma ou pour une restitution sonore faiblement perturbée par les bruits externes.

L’invention vise ainsi à proposer un système de reproduction du son permettant de s’affranchir des caractéristiques acoustiques de la salle d’écoute , de manière à obtenir notamment un son perçu par l’auditeur aussi fidèle que possible à la scène sonore à reproduire, dont la coloration dépend par exemple de la salle d’enregistrement dans le cas d’un enregistrement en situation de concert.

Ainsi, l’invention se rapporte à un système de reproduction de sons comprenant une paroi arrière, deux parois latérales s’étendant en profondeur en avant de la paroi arrière et en hauteur jusqu’à une hauteur inférieure à celle du bord supérieur de la paroi arrière. Les parois latérales comportent chacune au moins un évidement. La paroi arrière et les parois latérales constituent un ensemble symétrique par rapport à un plan médian vertical.

Ces différents éléments permettent de délimiter une zone d’écoute correspondant au volume vide se trouvant entre les parois latérales à une hauteur supérieure à celle des bords supérieurs des parois latérales et inférieure à celle du bord supérieur de la paroi arrière.

Le système comprend en outre au moins quatre transducteurs recevant chacun un signal audio et le convertissant en une onde sonore. Deux de ces transducteurs, dits transducteurs frontaux, sont symétriques l’un de l’autre par rapport audit plan vertical médian. Ils sont placés chacun dans un évidement d’une des parois latérales, et orientés de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intégralement ou presque intégralement intercepté par la tête de l’auditeur placée dans la zone d’écoute et/ou par la paroi arrière et/ou les parois latérales;

Deux autres transducteurs, dits transducteurs arrière, sont placés symétriquement par rapport audit plan vertical médian dans ou sur la partie supérieure de ladite paroi arrière, de part et d’autre du plan médian de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intégralement ou presque intégralement intercepté par la tête de l’auditeur placée dans la zone d’écoute et/ou par les parois latérales.

Grâce à ces dispositions, l’auditeur est placé dans une situation d’écoute en champ proche par rapport aux différents haut-parleurs et le phénomène de réverbération associé à la salle d’écoute est limité. L’auditeur perçoit le son direct issu des différents haut-parleurs et le champ réverbéré réel est masqué par ce champ direct. Il est alors possible de recréer à l’aide d’une partie des haut-parleurs un champ réverbéré virtuel.

Selon différents aspects, il est possible de prévoir l’une et/ou l’autre des dispositions ci-dessous.

Selon un mode de réalisation, les parois latérales sont formées, en-dehors de la zone évidée, d’un matériau absorbant acoustique recouvert d’un tissu transparent acoustiquement.

Selon un mode de réalisation, la paroi arrière comprend un matériau absorbant acoustique et est recouverte d’un tissu transparent acoustiquement.

Selon un mode de réalisation, les transducteurs frontaux sont placés à une distance de l’auditeur permettant une écoute du champ direct de ces transducteurs frontaux, c’est-à-dire une distance inférieure à la distance critique pour laquelle les intensités du champ direct et du champ diffus sont égales.

Selon un mode de réalisation, la distance entre l’auditeur et lesdits transducteurs frontaux est inférieure à 1 m.

Selon un mode de réalisation, le système de reproduction de sons comporte au moins un dispositif de traitement du signal. Le signal audio reçu par chacun des transducteurs arrière est alors généré au moyen du dispositif de traitement du signal numérique à partir du même signal audio que celui à partir duquel est formé le signal audio reçu par le transducteur placé dans la paroi latérale et se trouvant du même côté dudit plan vertical médian.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de traitement du signal numérique générant le signal audio en entrée des transducteurs arrière est adapté pour ajouter un retard sur le signal audio en entrée du dispositif de traitement du signal numérique.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de traitement du signal numérique générant le signal audio en entrée des transducteurs arrière est adapté pour en outre modifier le spectre d’amplitude et/ou le spectre de phase du signal audio en entrée du dispositif de traitement du signal numérique.

Selon un mode de réalisation, le système de reproductions de sons comprend en outre une mémoire stockant des paramètres prédéfinis et choisis en fonction de l’acoustique d’une salle donnée. Ces paramètres sont utilisés dans le dispositif de traitement du signal pour la modification du spectre d’amplitude et/ou du spectre de phase du signal audio.

Selon un mode de réalisation, le signal audio reçu par les haut-parleurs frontaux est le signal audio à reproduire tel qu’enregistré.

Selon un mode de réalisation, le système de reproductions de sons comporte en outre un deuxième dispositif de traitement du signal numérique. Le signal audio en entrée des haut-parleurs frontaux est alors le signal audio en sortie du deuxième dispositif de traitement du signal numérique.

Selon un mode de réalisation, le deuxième dispositif de traitement du signal numérique est adapté pour corriger la non-linéarité des transducteurs frontaux.

Selon un mode de réalisation, les transducteurs frontaux sont coaxiaux à phase mécaniquement alignée.

Selon un mode de réalisation, le système de reproductions de sons comporte deux transducteurs basse fréquence supplémentaires placés symétriquement l’un de l’autre dans lesdites parois latérales.

Selon un mode de réalisation, le système de reproductions de sons comporte un dossier et/ou une assise.

Selon un mode de réalisation, le système de reproduction des sons comporte un transducteur infrabasse supplémentaire placé dans l’assise du siège.

Selon un mode de réalisation, l’inclinaison du dossier par rapport à la paroi arrière est réglable et/ou la position de l’assise est réglable en profondeur et/ou en hauteur.

Selon un mode de réalisation, le système de reproductions de sons comporte une paroi supérieure s’étendant dans un plan horizontal au-dessus de la tête de l’utilisateur et isolante acoustiquement.

Selon un mode de réalisation, plusieurs systèmes de reproduction de sons sont utilisés simultanément pour équiper une salle.

Des modes de réalisation de l’invention seront décrits ci-dessous par référence aux dessins, décrits brièvement ci-dessous :

représente une vue latérale du système de reproduction de sons selon un mode de réalisation.

représente une vue de dessus du système de reproduction de sons de la .

représente une vue de face du système de reproduction de sons de la .

est un schéma synoptique de la chaîne de traitement du signal audio dans un mode de réalisation particulier.

représente dans le plan (fréquence d’un signal sonore ; retard du son réfléchi sur le son direct) les zones pour lesquelles le son direct et le son réfléchi sur un obstacle sont perçus comme confondus ou au contraire séparés, de sorte que l’auditeur perçoit un phénomène de réverbération. Ce graphe a été obtenu à la suite d’études effectuées en chambre anéchoïque à l’Institut National de l’Audiovisuel (INA, France, travaux de Patrick Thévenot.)

représente la mesure de RT60 d’un siège équipé de l’invention. Le RT60 est le temps qu'il faut pour que le niveau de pression acoustique diminue de 60 dB, mesuré après que la source sonore ait été coupée brusquement. La courbe noire et la plus épaisse indique le temps de réverbération RT60 en fonction de la fréquence d’un salle d’étude. La courbe grise et épaisse indique le temps de réverbération RT60 au niveau du dispositif de reproduction de sons dans cette même salle d’étude, sans activation du contrôle numérique de la zone de réverbération(B). La courbe grise et fine correspond au temps de réverbérationRT60 mesuré dans les mêmes conditions mais avec réverbération recréée virtuellement, et réglée sur 0,56 secondes.

Sur les dessins, des références identiques désignent des objets identiques ou similaires.

DESCRIPTION DETAILLEE

Le système de reproduction de sons 100 comporte un siège 101 comprenant une assise 102, un dossier 103, une paroi arrière 111 et deux parois latérales 104. L’ensemble de ces éléments est approximativement symétrique par rapport à un plan vertical, dit plan « médian » du siège.

Par approximativement symétrique, on entend que des éléments de décoration, de câblages ou autres, non essentiels pour la reproduction des sons, peuvent être non symétriques par rapport au plan médian. Par exemple, la position de l’alimentation électrique du siège est indifférente pour la qualité de la reproduction des sons et pourra se trouver hors du plan médian.

Le siège est par ailleurs équipé d’une pluralité de transducteurs électroacoustiques recevant un signal électrique en entrée et délivrant un signal sonore en sortie.

Le siège comporte en outre tous les composants électriques et électroniques nécessaires au fonctionnement des transducteurs électroacoustiques.

Les dimensions de l’assise, du dossier et des parois latérales sont fixées de manière à ce que la tête et le cou de la majorité des utilisateurs pour lesquels le siège est prévu se situent dans une zone dite d’écoute, au-dessus des bords les plus hauts des parois latérales, le reste du corps se trouvant, au plus jusqu’à hauteur d’épaules, encadré par le dossier et les deux parois latérales. La zone d’écoute n’est ainsi pas encadrée par les parois latérales, ce qui permet d’éviter la réponse en peigne au niveau de la tête de l’auditeur.

Selon un mode de réalisation particulier, la hauteur de l’assise et l’inclinaison du dossier peuvent être réglées par l’utilisateur ou tout au moins personnalisées en fonction de l’utilisateur du siège.

Les mousses qui constituent l’assise, les parois latérales, la paroi arrière et le dossier présentent un coefficient d’absorption acoustique alpha sabine élevé dans la gamme des fréquences audibles, et plus particulièrement dans la gamme [500 Hz, 5000 Hz] dans laquelle la sensibilité de l’oreille est la plus importante.

L’assise, les parois latérales, la paroi arrière et le dossier sont par ailleurs recouverts de tissus acoustiques, transparents aux ondes sonores.

Cette disposition permet de limiter les réflexions des ondes sonores émises par les transducteurs sur les parois de ces différents éléments, de façon à ce que l’onde sonore résultante perçue par l’utilisateur soit essentiellement constituée des ondes directes émises par les transducteurs.

En particulier, les ondes émises par les différents transducteurs ne se propagent pratiquement pas à l’extérieur du siège, ce qui limite le phénomène de réverbération lié à la salle d’écoute perceptible pour l’auditeur.

L’extension verticale des parois latérales du siège approximativement jusqu’à hauteur d’épaule de l’utilisateur permet aussi une isolation partielle de l’auditeur par rapport aux sources sonores externes au siège.

Le système de reproduction de sons comporte au moins quatre transducteurs électroacoustiques, dont au moins deux transducteurs électroacoustiques frontaux 105, qui sont placés dans des évidements des parois latérales du siège, en avant de la paroi arrière.

La forme des évidements peut participer au guidage de l’onde sonore émise par les transducteurs dans la direction souhaitée.

Ces transducteurs sont, à titre d’exemple non limitatif, de type « point source », coaxiaux à phase mécaniquement alignée pour les deux voies correspondant aux différentes gammes de fréquence (grave/médium et aigu,), ou encore des haut-parleurs à large bande.

Les haut-parleurs coaxiaux à phase mécaniquement alignée présentent un alignement des phases de très haute précision entre les deux voies au niveau de l’émission. De tels haut-parleurs se rapprochent donc d’un point-source unique.

Dans le mode de réalisation décrit ici, l’auditeur se trouve à moins d’un mètre des sources. Cette position d’écoute inhabituelle a pour second intérêt de permettre une écoute en champ proche, pour masquer le champ réverbéré, comme cela sera précisé plus loin.

Le filtrage en peigne dans les gammes de fréquence correspondant au recouvrement entre les différentes voies est très limité et le son restitué est de très bonne qualité.

Les transducteurs émettent typiquement au moins dans la gamme de fréquence [100 Hz ; 20 kHz].

Dans le cas de transducteurs « point source », l’onde émise à partir du haut-parleur est approximativement sphérique, de sorte que l’intensité sonore est une fonction inverse du carré de la distance entre le point de mesure et le point source. La proximité de l’auditeur par rapport aux transducteurs permet d’obtenir une écoute satisfaisante avec une intensité sonore émise plus faible que lorsque l’auditeur se trouve à une distance d’écoute plus habituelle (quelques mètres) des haut-parleurs, puisque l’intensité sonore décroît quand la distance à la source augmente.

Les deux transducteurs frontaux sont placés de préférence de manière symétrique par rapport au plan médian du siège. Ils reçoivent chacun un signal audio en entrée et émettent un signal sonore en sortie.

Les signaux audio en entrée des deux transducteurs frontaux sont les signaux audio tels qu’enregistrés, ou bien ayant subi au moyen d’un processeur de signal digital une étape de traitement dont le but est de corriger la non-linéarité des transducteurs frontaux

Le placement des transducteurs frontaux dans la partie avant des parois latérales, donc sous la tête de l’utilisateur et en avant de son tronc, permet que l’utilisateur soit hors de la zone dans laquelle interfèrent significativement les ondes émises par les deux transducteurs frontaux ainsi que les ondes réfléchies sur les parois latérales correspondantes. Autrement dit, l’utilisateur se trouve en-dehors de la zone de réponse en peigne, ce qui permet une écoute de grande précision, fidèle au son d’origine et que l’on cherche à reproduire.

Le placement des deux transducteurs frontaux dans les parois latérales, de manière à ce qu’ils soient orientés vers la tête de l’utilisateur contribue aussi à la maîtrise de la zone de l’espace dans laquelle l’onde sonore émise par chacun de ces transducteurs reste audible. L’essentiel de l’intensité sonore se répartit dans un cône 106 de sommet le point source et contenant au moins une partie de la tête de l’utilisateur.

Les deux haut-parleurs frontaux sont orientés de manière à ce que leurs axes d’émission se coupent au niveau du lobe frontal de l’auditeur, à proximité de son plan médiateur vertical.

L’angle alpha formé alors par ces deux axes d’émission peut varier en fonction de l’inclinaison du dossier et/ou de la longueur des parois latérales, mais ces paramètres seront limités de sorte que l’angle alpha soit compris entre environ 60° et 90°. Dans ce cas, l’auditeur percevra des sons monophoniques (c’est-à-dire identiques en phase et en amplitude pour deux transducteurs symétriques par rapport au plan médian du siège, par exemple des sons placés au centre lors des opérations de mixage) comme émis dans le plan médian du siège, en avant de lui et non au-dessus de lui.

Les fréquences les mieux analysées par le cerveau humain sont celles situées entre 500 Hz et 5 kHz. Les oreilles de l’auditeur doivent donc se trouver si possible dans l’axe de rayonnement des hauts parleurs émettant ces fréquences. On comprend donc l’intérêt pour obtenir une précision d’écoute élevée de contraindre le positionnement de l’auditeur par rapport aux différents transducteurs, en liant la position de ces derniers et du siège.

Comme les transducteurs frontaux 105 sont placés dans les parois latérales du siège, ils se trouvent à une distance de l’auditeur inférieure à la distance critique pour laquelle l’intensité du champ libre, correspondant à l’onde provenant directement de la source, devient égale à celle du champ diffus, correspondant aux réflexions multiples de l’onde sonore initiale. En deçà de la distance critique, le champ libre prédomine : l’auditeur perçoit essentiellement les sons directs issus des transducteurs frontaux. Le phénomène de réverbération naturelle (qui est issu, malgré l’isolation acoustique partielle du siège, de la propagation d’une fraction des émises par les haut-parleurs vers l’extérieur du siège) est en grande partie masqué par ces sons directs, comme l’indique la , et une réverbération essentiellement virtuelle pourra être créée grâce à des transducteurs autres que les transducteurs frontaux, qui seront introduit plus loin dans cette description. Autrement dit, le phénomène de réverbération perçu par l’auditeur est essentiellement virtuel et maîtrisable.

La montre l’influence du système de reproduction de sons avec activation des seuls transducteurs frontaux 105. On constate que, par rapport à l’auditeur situé en un point donné de la salle de mesure, le phénomène de réverbération est beaucoup moins dépendant de la fréquence en présence du système de reproduction de sons (courbe grise et épaisse) qu’en l’absence de ce système (courbe noire et la plus épaisse). En l’absence de siège, le temps de réverbération RT60 dépend de la fréquence, ce qui veut dire que le spectre du signal perçu par l’auditeur ne sera pas identique au spectre du signal émis. L’écoute est impactée par la salle dans laquelle elle est réalisée. En présence du système de reproduction, le phénomène de réverbération existe mais est peu dépendant de la fréquence, donc il modifie approximativement de la même façon toutes les fréquences du signal : le son est perçu par l’auditeur avec un spectre peu déformé par rapport au spectre à l’émission.

L’écoute en champ proche a pour avantage supplémentaire de réduire les nuisances sonores. Typiquement un système de reproduction de sons conventionnel placé à deux mètres de l’auditeur nécessiterait une intensité sonore supérieure de 10 dB acoustiques au niveau de la source pour une même perception par l’auditeur que lorsqu’il est placé dans le siège équipé du système de reproduction sonore décrit dans ce document.

De manière concomitante, la réduction de l’intensité sonore au niveau des sources par rapport à un système conventionnel pour une même intensité sonore perçue par l’auditeur permet de réduire le taux de distorsion harmonique et donc d’augmenter la fidélité du son perçu par l’utilisateur.

Le dispositif de reproduction de sons décrit ici permet par exemple d’obtenir une puissance sonore restituée de l’ordre de 100 dB de niveau de pression sonore (dB SPL) avec un taux de distorsion harmonique inférieur à 3% pour l’auditeur pour des fréquences supérieures à 60 Hz.

Des guides d’ondes spécifiques peuvent de manière optionnelle être ajoutés à la sortie de chacun des transducteurs frontaux pour contrôler au mieux l’angle au sommet de ce cône.

Grâce à ces dispositions, un réglage approprié de la distance entre deux sièges consécutifs et des puissances sonores maximales émises par les transducteurs, ainsi qu’éventuellement de la forme des guides d’onde, permet en outre une relative séparation de deux sièges contigus : l’utilisateur d’un siège donné ne percevra pratiquement que le son correspondant aux transducteurs équipant son propre siège. En particulier, la puissance sonore émise dans la gamme des basses fréquences est adaptable sur chaque siège de manière à pouvoir contrôler l’intensité globale des basses fréquences dans la salle, pour lesquelles l’effet de couplage physique avec la salle est particulièrement sensible, dans le cas où les différents sièges reproduisent simultanément le même son.

Dans un mode de réalisation particulier, le signal audio correspondant à l’enregistrement à reproduire n’est pas directement envoyé en entrée du transducteur frontal considéré, mais il constitue le signal d’entrée d’un système de traitement du signal numérique (DSP) dédié aux transducteurs frontaux. Le processeur de signal numérique filtre ce signal d’entrée pour corriger les défauts de linéarités des transducteurs frontaux. Le signal audio en sortie du système de traitement du signal numérique constitue le signal audio d’entrée pour le transducteur frontal concerné.

Au niveau des transducteurs, dont la réponse en fréquence n’est pas parfaitement linéaire compte tenu de la modification d’impédance acoustique apportée par les évidements guidant l’onde, cette étape de filtrage a pour but d’obtenir un champ direct restitué aussi fidèle que possible au signal sonore enregistré.

Dans un mode de réalisation, un étage d’amplification pour chacune des voies des transducteurs frontaux peut être inséré entre le système de traitement du signal numérique et les transducteurs frontaux.

Au moins deux autres transducteurs électroacoustiques arrière 107 sont placés dans ou au-dessus la partie supérieure de la paroi arrière 111, approximativement à hauteur d’oreilles de l’utilisateur, de part et d’autre de l’utilisateur, de façon à ce qu’ils soient symétriques l’un de l’autre par rapport au plan médian du siège.

Les transducteurs arrière sont orientés de sorte que l’axe d’émission de chacun de ces transducteurs passe à proximité de l’oreille de l’utilisateur se trouvant du même côté du plan médian du siège que le transducteur.

Ces deux transducteurs 107 émettent des signaux sonores dont les fréquences sont comprises typiquement au moins dans la gamme [100 Hz ; 20 kHz].

Le signal audio en entrée de chaque transducteur arrière 107 est généré grâce à un système de traitement numérique du signal (Digital Signal Processor, DSP) dédié à ces deux transducteurs.

Chaque transducteur 107 reçoit un signal électrique en entrée qui est calculé par rapport au signal électrique en entrée du transducteur 105 se trouvant du même côté que lui du plan médian du siège.

Si un système de traitement numérique du signal a été dédié aux transducteurs frontaux 105, c’est le signal audio en entrée de ce système de traitement du signal qui constitue le signal d’entrée pour le système de traitement du signal dédié aux transducteurs arrière.

Dans les deux modes de réalisation (avec ou sans système de traitement numérique du signal dédié aux transducteurs frontaux 105), la notion de stéréophonie est conservée pour l’ensemble des transducteurs frontaux et arrière.

Dans un mode de réalisation, un étage d’amplification large bande peut être inséré entre le système de traitement du signal numérique et les transducteurs arrière.

Dans un mode de réalisation, le système de traitement numérique du signal et les composants électroniques nécessaires pour générer le signal électrique en entrée des transducteurs arrière sont placés dans une zone technique 110 sous l’assise du siège.

En variante dans le cas où une salle est équipée de plusieurs sièges audio, l’ensemble des zones techniques des différents sièges peut être regroupée dans une zone technique unique distincte des sièges.

Le signal électrique à fournir en entrée des transducteurs arrière 107 est calculé à partir du signal électrique fourni en entrée des transducteurs frontaux 105, de façon à créer un effet de réverbération virtuelle.

En particulier, le signal électrique en entrée de chaque transducteur arrière 107 est en retard sur le signal électrique en entrée du transducteur frontal 105 à partir duquel il est calculé.

Le retard est la somme de deux termes :

le premier terme est constant et fixé par la géométrie du siège. Il permet de tenir compte de la différence de positionnement du transducteur frontal et du transducteur arrière correspondant par rapport à la zone d’écoute. En présence de ce terme seul, les ondes émises par un transducteur frontal donné et le transducteur arrière correspondant sont en phase au centre de la zone d’écoute ;

le second terme est réglable par l’utilisateur ou un opérateur au moyen par exemple d’un potentiomètre. Le retard peut par exemple être réglé entre dans la gamme ]0 s, 5 s], la gamme [0,3 s ; 0,7 s] donnant une perception satisfaisante pour la plupart des scènes sonores.

On comprendra l’influence du second terme à l’aide de la . Sur cette figure, on a vu qu’en présence du siège mais sans activation des transducteurs arrière, le RT60 est une fonction presque constante de la fréquence pour des fréquences supérieures à 100 Hz. Il est de l’ordre de 0,3 s pour le siège testé dans la salle de test.

Le champ réverbéré dépend en général des caractéristiques géométriques et acoustiques de la salle d’écoute. Le siège audio permet au contraire d’obtenir un champ réverbéré virtuellement reconstitué et aussi constant que possible en fréquence : comme l’auditeur est placé à proximité des différents transducteurs, et grâce aux différents éléments du système d’écoute, il subsiste un champ réverbéré réel dont on a vu à la qu’il était très peu dépendant de la fréquence. Le décalage temporel, de l’ordre de 300 ms est suffisant pour que ce champ réverbéré ne soit pas confondu avec le champ direct par l’auditeur, qui perçoit donc un son enveloppant mais peu déformé par rapport au son direct. Les transducteurs arrière vont créer un champ réverbéré virtuel maîtrisé grâce au retard réglable.

L’effet du retard peut être visualisé sur la courbe grise et la plus fine de la . Dans le cas présenté ici, un second terme a été sommé au premier terme constant, de manière à obtenir un retard de 0,56 s entre le signal émis par les transducteurs arrière et le signal émis par les transducteurs frontaux correspondants. On constate que ce retard est effectivement obtenu avec une précision tout-à-fait satisfaisante dans la gamme [500 Hz, 5 kHz] correspondant à la sensibilité maximale de l’oreille humaine.

Un retard court sera plus approprié pour la restitution d’un son émis par un instrument comme une batterie alors qu’un retard long conviendra mieux pour la reproduction du son émis par un orgue. Un retard élevé donnera notamment un son qui s’éteint moins vite donc une sensation de son plus « enveloppant » qu’un retard faible.

Dans un mode de réalisation, un deuxième système de traitement du signal numérique (DSP) est dédié aux transducteurs arrière. Ce deuxième DSP permet de contrôler la coloration sonore du champ réverbéré, afin qu’elle reproduise au mieux celle de la salle choisie, par exemple celle où l’enregistrement a été réalisé.

Pour cela, différents paramètres sont réglables par intervention sur la zone technique 110. La coloration sonore peut être choisie à partir des paramètres numériques fournis au système de traitement du signal numérique. Par exemple, l’amplitude et/ou la phase de l’onde réverbérée peuvent être modulées en fonction de la fréquence pour obtenir la coloration désirée.

Il est par exemple possible de prédéfinir une ou plusieurs signatures sonores associées à une ou plusieurs salles données au niveau de la zone technique. Dans ce cas, la zone technique contient une mémoire apte à stocker les paramètres caractérisant ces signatures sonores et à les transmettre au DSP contrôlant la coloration sonore du champ réverbéré.

L’intensité sonore du champ réverbéré peut, elle aussi, être réglée au niveau de la zone technique.

Le réglage de l’ensemble de ces paramètres permet d’obtenir une acoustique adaptée au type de sons écoutés par l’auditeur, par exemple une acoustique proche d’une salle pour orchestre symphonique, ou adaptée à un concert de musique rock,….

Le système de reproduction de sons est ainsi adapté aussi bien à un travail en studio d’enregistrement - comme le montage ou le mixage de documents sonores - qu’à une écoute récréative ou encore qu’à des salles de cinéma ou de jeux vidéos.

En variante, le système de reproductions de sons peut être adapté à l’écoute de sons obtenus par mixage multicanal. Le nombre de transducteurs frontaux et arrière est alors adapté au nombre de canaux, la relation entre les signaux émis par chaque transducteur frontal et le transducteur arrière correspondant étant gérée de la façon décrite aux paragraphes précédents.

Dans le cas de l’équipement de salles de cinéma, ce siège permet une écoute de qualité identique quel que soit le positionnement du siège dans la salle, alors qu’avec les systèmes de reproduction du son couramment utilisés, seuls les auditeurs se trouvant dans l’axe du système de diffusion sonore perçoivent les sons centrés sur cet axe au mixage comme provenant d’un point de cet axe.

Dans un mode de réalisation particulier, le système de reproduction de sons ne comporte ni assise ni dossier et peut par exemple être positionné de manière à être utilisé par un auditeur se tenant debout.

Dans un mode de réalisation particulier, notamment dans un environnement bruyant, comme un lieu public ou un hall d’exposition, une paroi supérieure isolante acoustiquement, formant un toit au-dessus de la tête de l’utilisateur, peut être rajoutée sur le siège de manière à isoler encore davantage l’auditeur des sons autres que ceux émis par les transducteurs équipant le siège.

Dans un mode de réalisation particulier, deux transducteurs électroacoustiques supplémentaires 108 émettant dans la gamme des basses fréquences (par exemple entre 20 Hz et 500 Hz, ou encore entre 20 Hz et 150 Hz) sont placés dans les parois latérales, symétriquement l’un de l’autre par rapport à l’axe médian du siège approximativement au plus près des oreilles de l’utilisateur. Cette grande proximité des oreilles de l’auditeur permet le masquage du champ réverbéré dans les basses fréquences, particulièrement délicat du fait des grandes longueurs d’ondes des ondes sonores correspondantes. Elle permet de retrouver les nuances des basses fréquences présentes dans l’enregistrement, qui sont perdues si l’on éloigne au contraire de ce qui est proposé dans l’invention l’auditeur de la source, et perte d’autant plus importante que la distance source – auditeur s’accroît.

Les transducteurs 108 étant dédié aux basses fréquences donc aux grandes longueurs d’onde, ils peuvent être placés plus près de l’auditeur que les transducteurs 105. Par ailleurs, la localisation de la source des basses fréquences étant de faible précision pour l’auditeur, la hauteur des transducteurs 108 dans les parois est indifférente pour la qualité de l’écoute.

Un DSP est relié aux transducteurs supplémentaires, de sorte que chaque transducteur supplémentaire 108 reçoit chacun en entrée les composantes de basse fréquence du signal audio en entrée du transducteur frontal qui se trouve du même côté du plan médian que lui, sur lequel un retard a été appliqué de manière à ce que les ondes émises par un transducteur frontal donné et le transducteur supplémentaire se trouvant du même côté de l’auditeur soient perçues en phase au point d’écoute.

Le signal en entrée de chaque transducteur 108 est par ailleurs filtré en passe bas, libérant à la fréquence de croisement, les transducteurs frontaux de ces basses fréquences. Les transducteurs frontaux 105 ont alors un filtrage passe haut formant une cible acoustique symétrique, telle que défini par les fonctions de transferts générales de type Linkwitz-Riley, Bessel, Butterworth, avec des ordres acoustiques pouvant varier de 2 à 12, par exemple un ordre 4.

Dédier des transducteurs supplémentaires aux basses fréquences permet de limiter la puissance électrique à fournir aux haut-parleurs frontaux et ainsi la distorsion au niveau de ces derniers, en renvoyant les fréquences les plus basses à des subwoofers dont les paramètres Thieles / Small sont adaptés à cet usage.

Les transducteurs 108 peuvent enfin avoir un réglage de phase entre eux (stéréophonie traditionnelle) ou à phase partiellement inversée ou totalement inversées pour bénéficier des travaux de David Gresinger (acoustical society meeting in Vancouver, May 2005.

Dans un mode de réalisation particulier, un transducteur électroacoustique 109 émettant dans la gamme des infrabasses, c’est-à-dire à des fréquences inférieures à 20 Hz, est placé dans l’assise pour compléter l’ambiance sonore créée par le dispositif de reconstruction de sons.

De même que pour les transducteurs frontaux, un étage de traitement numérique du signal pour corriger les défauts de linéarité de chacun des transducteurs 108 et/ou 109, ainsi qu’un étage d’amplification en sortie de l’étage de traitement numérique du signal peuvent être mis en œuvre dans un mode de réalisation particulier. Ces étages ont toujours pour finalité d’obtenir un son reproduit aussi fidèle que possible au son qui a été utilisé pour l’enregistrement à reproduire.

Enfin, dans un mode de réalisation particulier, un écran vidéo 210 peut être placé face à l’auditeur, par l’intermédiaire duquel l’utilisateur peut par exemple visionner des contenus vidéos, notamment des films ou des captations audiovisuelles de concerts, et/ou régler certains des paramètres du système de reproduction de sons.

Claims (19)

1. Système de reproduction de sons (100) comprenant
   - une paroi arrière (111),
   - deux parois latérales (104), s’étendant en profondeur en avant de la paroi arrière (111) et en hauteur jusqu’à une hauteur inférieure à celle du bord supérieur de la paroi arrière (111), et comprenant chacune au moins un évidemment,
   la paroi arrière (111) et les parois latérales (104) constituant un ensemble symétrique par rapport à un plan médian vertical,
   - une zone d’écoute correspondant au volume vide se trouvant entre les parois latérales (104) à une hauteur supérieure à celle des bords supérieurs des parois latérales (104) et inférieure à celle du bord supérieur de la paroi arrière (111),
   - au moins quatre transducteurs recevant chacun un signal audio et le convertissant en une onde sonore,
   caractérisé en ce que :
   - deux desdits au moins quatre transducteurs, dits transducteurs frontaux (105), sont symétriques l’un de l’autre par rapport audit plan vertical médian, placés chacun dans l’au moins un évidement d’une des parois latérales (104), et orientés de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intégralement intercepté par la tête de l’auditeur placée dans la zone d’écoute et/ou par la paroi arrière (111) et/ou par les parois latérales (104);
   - deux desdits au moins quatre transducteurs, dits transducteurs arrière (107), sont placés symétriquement par rapport audit plan vertical médian dans ou sur la partie supérieure de ladite paroi arrière (111), de part et d’autre du plan médian de manière à émettre chacun une onde sonore en direction de la zone d’écoute dans un cône d’émission intégralement intercepté par la tête de l’auditeur placée dans la zone d’écoute et/ou par les parois latérales (104).
2. Système de reproduction de sons (100) suivant la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites parois latérales (104) comprennent, en-dehors de la zone évidée, un matériau absorbant acoustique recouvert d’un tissu transparent acoustiquement.
3. Système de reproduction de sons (100) suivant la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ladite paroi arrière (111) comprend un matériau absorbant acoustiquement et est recouverte d’un tissu transparent acoustiquement.
4. Système de reproduction de sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que lesdits transducteurs frontaux (105) sont placés à une distance de l’auditeur permettant une écoute du champ direct de ces transducteurs frontaux (105), c’est-à-dire une distance inférieure à la distance critique pour laquelle les intensités du champ direct et du champ diffus sont égales.
5. Système de reproduction de sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la distance entre l’auditeur et lesdits transducteurs frontaux (105) est inférieure à 1 m.
6. Système de reproduction des sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’il comporte au moins un dispositif de traitement du signal, ledit signal audio reçu par chacun desdits transducteurs arrière (107) étant généré au moyen dudit dispositif de traitement du signal numérique à partir du même signal audio que celui à partir duquel est formé le signal audio reçu par le transducteur (105) placé dans la paroi latérale (104) et se trouvant du même côté dudit plan vertical médian.
7. Système de reproduction des sons (100) suivant la revendication 6 caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement du signal numérique générant le signal audio en entrée desdits transducteurs arrière (107) est adapté pour ajouter un retard sur le signal audio en entrée dudit dispositif de traitement du signal numérique.
8. Système de reproduction des sons (100) suivant la revendication 6 ou la revendication 7 caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement du signal numérique générant le signal audio en entrée des transducteurs arrière (107) est adapté pour en outre modifier le spectre d’amplitude et/ou le spectre de phase du signal audio en entrée dudit dispositif de traitement du signal numérique.
9. Système de reproduction des sons (100) suivant la revendication 8 caractérisé en ce qu’il comprend une mémoire stockant des paramètres prédéfinis et choisis en fonction de l’acoustique d’une salle donnée, lesdits paramètres étant utilisés dans le dispositif de traitement du signal pour la modification du spectre d’amplitude et/ou du spectre de phase du signal audio.
10. Système de reproduction de sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le signal audio reçu par les haut-parleurs frontaux (105) est le signal audio à reproduire tel qu’enregistré.
11. Système de reproduction des sons (100) suivant la revendication 10 caractérisé en ce qu’il comporte en outre un deuxième dispositif de traitement du signal numérique et que le signal audio en entrée des haut-parleurs frontaux (105) est le signal audio en sortie dudit deuxième dispositif de traitement du signal numérique.
12. Système de reproduction des sons (100) suivant la revendication 11 caractérisé en ce que ledit deuxième dispositif de traitement du signal numérique est adapté pour corriger la non-linéarité desdits transducteurs frontaux (105).
13. Système de reproduction des sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les transducteurs frontaux (105) sont coaxiaux à phase mécaniquement alignée.
14. Système de reproduction des sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu’il comporte deux transducteurs basse fréquence supplémentaires (108) placés symétriquement l’un de l’autre dans lesdites parois latérales (104).
15. Système de reproduction des sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce qu’il comporte un dossier (103) et/ou une assise (102).
16. Système de reproduction des sons suivant la revendication 15 caractérisé en ce qu’il comporte un transducteur infrabasse supplémentaire (109) placé dans ladite assise (102) du siège.
17. Système de reproduction des sons suivant l’une quelconque des revendications 15 et 16 caractérisé en ce que l’inclinaison dudit dossier (103) par rapport à la paroi arrière (111) est réglable et/ou en ce que la position de l’assise (102) est réglable en profondeur et/ou en hauteur.
18. Système de reproduction des sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 17 caractérisé en ce qu’il comporte une paroi supérieure (111) s’étendant dans un plan horizontal au-dessus de la tête de l’utilisateur et isolante acoustiquement.
19. Salle équipée d’une pluralité de systèmes de reproduction de sons (100) suivant l’une quelconque des revendications 1 à 18.