Enceinte acoustique active monobloc configurable pour être utilisée isolément ou par paire, avec renforcement de l'image stéréo

Abstract

 L'enceinte (10) comprend une voie centrale (16) tournée vers l'auditeur, et des voies latérales gauche et droite (18L, 18R) orientées perpendiculairement. Les voies latérales sont pilotées par des combinaisons des signaux gauche et droit selon une répartition fonction du mode d'utilisation de l'enceinte, isolément face à un auditeur ou bien par paire en association avec une autre enceinte semblable, les deux enceintes étant disposées à gauche et à droite de l'auditeur. Le diagramme de directivité est ainsi modifié en utilisant des moyens de filtrage pour y créer des directions d'annulation renforçant l'image stéréo sans déformation du signal restitué.

Description

[0001] L'invention concerne la reproduction des signaux audio par une installation haute fidélité, avec restitution et renforcement de l'effet stéréo face à un auditeur.

[0002] Traditionnellement, la configuration idéale pour une écoute stéréo consiste à disposer deux enceintes éloignées formant un triangle isocèle avec l'auditeur. Dans cette configuration, il se forme une image stéréo entre les deux enceintes, c'est-à-dire que diverses sources (différents instruments par exemple) vont paraitre réparties sur l'axe reliant les deux enceintes.

[0003] Il est en outre souhaitable que l'environnement acoustique des enceintes soit vide ou absorbant afin d'éviter les réflexions parasites sur les murs de la pièce, qui forment alors de nouvelles sources. En tout état de cause, on peut souhaiter que l'environnement soit symétrique, ce qui permettra au moins de ne pas déséquilibrer l'image stéréo.

[0004] Un premier problème est celui de l'obtention d'un tel effet avec une unique enceinte placée face à l'auditeur.

[0005] Une telle enceinte est par exemple montrée dans l'article de Jacob Schulman intitulé "Parrot Zikmu Solo Wireless Speaker by Philippe Starck Hands-on" publié le 10 janvier 2012 sur www.theverge.com, XP055064354, XP055064341 et XP055064344.

[0006] Il a déjà été proposé de nombreuses configurations regroupant dans une même enceinte une pluralité de transducteurs acoustiques, par exemple dans les US 3 892 624 A, US 6 169 812 B1 et US 7 412 380 B1, ainsi que dans l'article de Christof Faller intitulé "Multiple-Loudspeaker Playback of Stereo Signals" publié dans le Journal of Audio Engineering Society, Vol. 54, No.11, novembre 2006.

[0007] Il est notamment possible de placer des haut-parleurs sur les côtés de l'enceinte, afin qu'ils rayonnent vers les murs. Les haut-parleurs étant directifs, surtout dans les aigus, on va toutefois perdre la précision dans la composante mono, qui ne pourra pas être restituée de manière précise dans la direction frontale de l'enceinte. Si l'on dispose d'un moyen de filtrer les signaux (traitement numérique des signaux avant de les amplifier et de les appliquer aux haut-parleurs), on peut envisager d'appliquer un système de type binaural rendering, basé sur des propriétés psycho-acoustiques de l'oreille humaine. Il s'agit d'une technique d'annulation des chemins croisés et de filtrage par les réponses binaurales, permettant de placer virtuellement les haut-parleurs dans des positions arbitraires dans la salle. La difficulté est que ces réponses vont également être appliquées à la composante mono, ce qui va la déformer. De plus, cette solution requiert un placement précis de l'auditeur par rapport à l'enceinte.

[0008] De plus, les systèmes utilisant une enceinte unique sont d'autant plus difficiles à mettre en oeuvre que le "facteur de forme" de l'enceinte est étroit, puisque les haut-parleurs placés sur les côtés ne peuvent pas être plus écartés que de la largeur de l'enceinte. Or il est souhaitable de pouvoir proposer des produits esthétiquement élégants et commodes à loger, ce qui implique de réaliser des enceintes sous forme de colonnes extrêmement étroites.

[0009] Enfin, une enceinte monobloc unique est susceptible d'être placée sur un côté de la pièce et non au milieu d'une paroi, ce qui peut rendre son environnement acoustique déséquilibré, réduisant à néant les effets des traitements de restitution d'une image stéréo homogène.

[0010] L'un des buts de l'invention est de pallier ces différentes limitations, en proposant une enceinte monobloc multivoie, compacte, qui puisse restituer l'image stéréo de façon optimale, sans déformation notable du signal acoustique, et ceci de manière paramétrable pour pouvoir si besoin s'adapter à différentes configurations du local d'écoute.

[0011] Un autre but de l'invention est de proposer un nouveau type d'enceinte active monobloc qui puisse être utilisée de manière flexible dans deux configurations possibles :

• soit isolément, avec une enceinte unique placée face à un auditeur (ci-après "mode solo") dans le local d'écoute,
• soit par paire, avec deux enceintes semblables disposées respectivement à gauche et à droite de l'auditeur (ci-après "mode duo").

[0012] L'un des buts de l'invention est de permettre l'utilisation d'une enceinte unique ou de deux enceintes dans l'un ou l'autre mode, ceci indifféremment avec le même modèle d'enceinte, simplement en modifiant un paramètre de configuration du traitement interne exécuté par des algorithmes implantés dans un processeur numérique de signal.

[0013] De plus, dans le cas de deux enceintes (mode duo), se pose le problème de la largeur de la scène sonore, délimitée par la position des enceintes qui ne sont pas toujours aussi éloignées que cela pourrait être souhaitable pour une bonne restitution de l'image stéréo.

[0014] Un autre but de l'invention est, dans une telle configuration en mode duo, d'élargir encore la scène sonore restituée, en utilisant l'espace situé au-delà des enceintes (à la gauche de l'enceinte gauche et à la droite de l'enceinte droite).

[0015] A cet effet, l'invention propose une enceinte acoustique active monobloc multivoie du type général divulgué dans l'article précité de Schulman, c'est-à-dire comprenant une voie centrale, avec un haut-parleur central dont l'axe principal du diagramme de directivité propre est orienté selon une première direction, et des voies latérales, respectivement gauche et droite, avec chacune un haut-parleur latéral dont l'axe principal du diagramme de directivité propre est orienté selon une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, dans des sens opposés pour le haut-parleur gauche et pour le haut-parleur droit. Des moyens de traitement audio reçoivent en entrée un signal stéréo composite à reproduire comportant un signal gauche et un signal droit et à distribuer entre la voie centrale et les voies latérales des combinaisons des signaux gauche et droit selon une répartition prédéterminée.

[0016] De façon caractéristique de l'invention, les moyens de traitement audio comprennent des moyens séparateurs, aptes à recevoir en entrée les signaux gauche et droit du signal stéréo composite, et à en extraire au moins une composante latérale droite ou gauche sur la base d'une analyse dans le domaine fréquentiel avec comparaison des niveaux d'énergie spectrale respective des signaux gauche et droit du signal stéréo composite. Des moyens combineurs distribuent entre la voie centrale et les voies latérales des combinaisons, selon une répartition prédéterminée, de signaux comprenant au moins l'une des composantes latérales droite ou gauche. Ces moyens combineurs comprennent des moyens de filtrage aptes à modifier le diagramme de directivité restitué sur chaque voie latérale de manière à y créer une direction d'annulation, avec des moyens de filtrage à gradient de pression recevant en entrée au moins l'une des composantes latérales droite ou gauche.

[0017] Les moyens combineurs peuvent en outre appliquer un retard temporel au signal, dérivé de la composante mono, distribué à la voie centrale.

[0018] Dans un premier mode de fonctionnement, l'enceinte est destinée à être utilisée isolément face à un auditeur, avec la première direction dirigée vers cet auditeur.

[0019] Dans ce cas, les moyens séparateurs sont aptes à extraire des signaux gauche et droit du signal stéréo composite : une composante mono commune aux signaux gauche et droit, une composante latérale gauche pure, et une composante latérale droite pure. Le filtrage à gradient de pression est un filtrage à double gradient de pression recevant en entrée l'une et l'autre des composantes latérales gauche et droite pures et délivrant en sortie à la fois un signal filtré gauche et un signal droit. Les moyens combineurs sont en outre aptes à distribuer : à la voie centrale, un signal dérivé de la composante mono ; à la voie latérale gauche, le signal filtré gauche ; et à la voie latérale droite, le signal filtré droit.

[0020] Les moyens combineurs peuvent également distribuer, à une voie de graves avec un haut-parleur de basses non directif, un signal dérivé de la composante mono.

[0021] L'angle de la direction d'annulation par rapport à la première direction est inférieur à 10°, de préférence inférieur à 5°.

[0022] Le filtrage à gradient de pression est de préférence appliqué seulement au-dessous d'une fréquence pivot, de manière que le diagramme de directivité propre de chaque voie latérale soit conservé au-dessus de la fréquence pivot. Plus précisément, le filtrage à gradient de pression délivre en sortie : à la voie gauche, une combinaison d'un signal dérivé de la composante latérale gauche avec un signal dérivé de la composante latérale droite avec filtrage passe-bas au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel et d'une inversion ; et à la voie droite, une combinaison d'un signal dérivé de la composante latérale droite avec un signal dérivé de la composante latérale gauche avec filtrage passe-bas au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel et d'une inversion.

[0023] Dans un second mode de fonctionnement, l'enceinte est une première enceinte destinée à être utilisée en association avec une seconde enceinte semblable, les deux enceintes étant disposées respectivement à gauche et à droite d'un auditeur.

[0024] Dans ce cas, pour l'enceinte destinée à être placée à gauche de l'auditeur (et mutatis mutandis pour celle destinée à être placée à droite de ce même auditeur), les moyens séparateurs extraient des signaux gauche et droit du signal stéréo composite une composante d'ambiance gauche formant ladite composante latérale gauche. Le filtrage à gradient de pression est un filtrage à simple gradient de pression recevant en entrée la composante d'ambiance gauche et délivrant en sortie à la fois un signal filtré gauche et un signal filtré droit. Les moyens combineurs distribuent : à la voie centrale, le signal gauche du signal stéréo composite ; à la voie latérale gauche, le signal filtré gauche ; et à la voie latérale droite, le signal filtré droit.

[0025] Avantageusement, les moyens combineurs soustraient la composante d'ambiance gauche du signal gauche distribué à la voie centrale.

[0026] La direction d'annulation de la voie latérale droite est notamment une direction orientée vers ladite seconde enceinte semblable, destinée à être placée à droite de l'auditeur.

[0027] Le filtrage à gradient de pression est de préférence appliqué seulement au-dessous d'une fréquence pivot, de manière que le diagramme de directivité propre de chaque voie latérale soit conservé au-dessus de la fréquence pivot. Plus précisément, le filtrage à gradient de pression est apte à délivrer en sortie : à la voie gauche, un signal directement dérivé de la composante d'ambiance gauche ; et à la voie droite, un signal dérivé de la composante d'ambiance gauche, avec filtrage passe-bas au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel et d'une inversion.

[0028] On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables.

La Figure 1 est une vue d'ensemble en perspective isométrique d'une enceinte selon l'invention, montrant l'architecture acoustique des différents haut-parleurs utilisés.

La Figure 2 illustre, sous forme de schéma par blocs, les étapes du traitement opéré dans une configuration à enceinte unique.

La Figure 3 décrit plus en détail le traitement réalisé par le filtre à double gradient de pression de la Figure 2.

Les Figures 4a à 4d représentent différents diagrammes de directivité qu'il est possible d'obtenir de l'enceinte pour un signal de côté en modifiant certains paramètres du filtrage à double gradient de pression.

La Figure 5 illustre, sous forme de schéma par blocs, les étapes du traitement opéré dans une configuration avec une paire d'enceintes.

La Figure 6 illustre plus en détail le traitement réalisé par le filtre à gradient de pression de la Figure 5.

La Figure 7 illustre un exemple de diagramme de directivité qu'il est possible d'obtenir pour l'enceinte gauche et pour l'enceinte droite, permettant un élargissement de la scène sonore pour l'auditeur se trouvant face à ces deux enceintes.

Configuration générale de l'enceinte

[0029] La Figure 1 est une vue d'ensemble d'une enceinte selon l'invention, montrant l'architecture acoustique des différents haut-parleurs utilisés. L'enceinte 10 se présente extérieurement sous forme d'une colonne évasée dans sa partie inférieure, avec un socle 12 supportant une partie surélevée 14 de forme aplatie, avec une section de l'ordre de 3 x 12 cm.

[0030] La partie surélevée aplatie 14 porte un premier haut-parleur 16 dont la direction principale de rayonnement D1 est horizontale et perpendiculaire à la plus grande dimension de la section rectangulaire de la partie surélevée 14. Ce haut-parleur 16 sera appelé par la suite "haut-parleur central", correspondant à une "voie centrale" de l'enceinte multivoie.

[0031] L'enceinte 10 comporte également sur la tranche de la partie surélevée 14, c'est-à-dire sur la face latérale la plus étroite, un haut-parleur gauche 18L et un haut-parleur droit 18R. Ces haut-parleurs sont orientés avec leurs directions principales de rayonnement respectives D2L et D2R horizontales et perpendiculaires à la direction D1. Ces haut-parleurs seront appelés par la suite "haut-parleurs latéraux", correspondant aux "voies latérales" gauche et droite de l'enceinte multivoie.

[0032] Le haut-parleur central 16 est avantageusement un haut-parleur combinant un fonctionnement à mode distribué et à mode pistonique, par exemple un modèle BMR de HiWave Technologies. Les haut-parleurs latéraux 18L et 18R sont avantageusement des haut-parleurs à mode distribué à facteur de forme élevé (c'est-à-dire de forme très allongée et très étroite), par exemple des modèles HARP de HiWave Technologies. Essentiellement, dans un haut-parleur du type à mode distribué ou DML (Distributed Mode Loudspeaker), le diaphragme plat est mis en vibration selon un diagramme complexe où l'amplitude et la phase des différents points du diaphragme sont distribuées de façon décorrélée, c'est-à-dire que le diaphragme semble être mis en vibration de façon aléatoire sur l'étendue de sa surface, ce qui permet d'obtenir une excellente restitution acoustique sur toute l'étendue du spectre avec une distorsion minimale. Dans un fonctionnement conventionnel en mode pistonique, la membrane est en revanche soumise à une vibration cohérente, c'est-à-dire un mouvement dont l'amplitude et la phase du déplacement sont en principe constantes sur toute l'étendue du diaphragme.

[0033] Le haut-parleur central 16 et les haut-parleurs latéraux 18L et 18R sont utilisés pour restituer, ensemble, la partie médium/aigu du spectre, par exemple la bande 350-20000 Hz du spectre sonore.

[0034] Pour la restitution de la partie basse du spectre, par exemple de la bande 30-350 Hz, il est prévu une voie de graves avec un haut-parleur de basses 20, qui peut être d'un type pistonique classique pour la reproduction des fréquences les plus graves (subwoofer). Ce haut-parleur de basses 20 est par exemple un haut-parleur monté en cavité fermée, tourné en direction du sol pour rayonner dans l'intervalle compris entre le socle et le sol (le socle étant muni de pieds), configuration qui ne présente pas de difficulté particulière compte tenu de la très faible directivité des ondes acoustiques dans la bande de fréquences considérée.

[0035] L'architecture acoustique que l'on vient de décrire en référence à cette Figure 1 sera utilisée en combinaison avec des traitements numériques spécifiques à chaque voie, traitements différents selon que l'enceinte sera utilisée en mode "solo", avec une seule enceinte tournée vers l'auditeur, ou en mode "duo", avec une paire d'enceintes placées devant l'auditeur à gauche et à droite de celui-ci.

Mode de fonctionnement "solo" avec une unique enceinte

[0036] La Figure 2 illustre, sous forme de schéma par blocs, les étapes de traitement dans le cas d'une enceinte unique, utilisée en mode solo.

[0037] On notera que, bien que ce schéma soit présenté sous forme de circuits interconnectés, la mise en oeuvre des différentes fonctions est essentiellement logicielle, et cette représentation n'a qu'un caractère illustratif. Le logiciel peut notamment être mis en oeuvre par des algorithmes de calcul exécutés au sein d'une puce dédiée de traitement de signal numérique de type DSP, de façon itérative à la fréquence d'échantillonnage pour les trames successives de signal.

[0038] D'autre part, ici et dans la suite, on ne décrira que les aspects du traitement spécifiques à l'utilisation en mode solo ou en mode duo. Pour les autres aspects, non spécifiques, de l'enceinte, tels que la description des chaines d'amplification, d'égalisation, etc. on pourra se référer au WO 2008/139047 A2 (Parrot), qui décrit une enceinte acoustique active telle que celle commercialisée sous la dénomination Zikmu par Parrot, Paris, France. L'enceinte décrite dans ce document est une enceinte active multivoie, en l'espèce deux voies alimentées par un signal audio numérisé possédant chacune sa propre chaine d'étages de puissance alimentée directement par les composantes des fréquences correspondantes du signal numérique à reproduire, après filtrage et traitements par un DSP.

[0039] La première étape consiste à opérer une séparation des voies ou upmix, technique en elle-même connue consistant à séparer la composante mono C des composantes stéréo L' et R', à partir du signal d'entrée composite L, R comprenant les composantes mono et stéréo mêlées. Cette séparation (bloc 22) implique une analyse des signaux L et R dans le domaine fréquentiel, ou temps-fréquence, avec comparaison des niveaux d'énergie spectrale relative entre les signaux L et R et seuillage. De la sorte, à un instant donné, une même fréquence ne peut se retrouver que sur l'une des trois voies L', R' ou C. Plus précisément, à un instant donné :

• une fréquence de même énergie sur les deux voies L et R se retrouvera dans la composante mono C, quelle que soit sa phase : il n'y aura donc pas de mono dans les composantes stéréo L' et R', et
• une fréquence pure d'énergie plus importante sur la voie L (respectivement R) que la voie R (respectivement L) se retrouvera dans la composante stéréo L' (respectivement R') et ne se retrouvera pas dans la composante mono C ; il n'y aura donc pas de stéréo dans la composante mono C.

[0040] Dans la mesure où, à un instant donné, une même fréquence ne peut se retrouver que sur l'une des trois voies L', R' ou C, on est certain qu'il n'y aura pas d'interactions acoustiques autres que celles prévues par le traitement de la stéréo, en particulier qu'il ne pourra pas y avoir d'interactions entre le haut-parleur central 16, dévolu à la reproduction de la composante mono C, et les haut-parleurs latéraux 18L et 18R, dévolus à la reproduction des composantes stéréo L' et R'. On évite ainsi toute déformation de la composante mono par les composantes stéréo, qui font l'objet d'un traitement spécifique qui leur est propre.

[0041] Plus précisément, les composantes stéréo L' et R' obtenues en sortie de l'étage séparateur 22 sont soumises à un filtrage par un étage 24 du type à double gradient de pression (décrit plus en détail en référence à la Figure 3), pour donner deux composantes filtrées correspondantes L" et R" appliquées aux haut-parleurs des voies gauche et droite 18L et 18R.

[0042] La composante mono C, quant à elle, est séparée par un filtre crossover 26, 28 séparant la partie médium/aigu du spectre de la composante mono C, pour l'appliquer au haut-parleur central 16, et la partie basse de cette même composante C, pour l'appliquer au haut-parleur de la voie de graves 20.

[0043] Pour renforcer l'effet stéréo, il est possible d'appliquer un retard (bloc 30) au signal C délivré par l'étage 22 de séparation des voies, pour jouer sur l' "effet de précédence", technique consistant à retarder le signal mono (voie centrale et voie de basses) par rapport aux voies stéréo (voies latérales) : les composantes stéréo arrivant en avance par rapport à la composante mono, la perception de la stéréo est intensifiée.

[0044] Les signaux reproduits par les haut-parleurs 16, 18L, 18R et 20 sont soumis chacun à une égalisation (blocs 32) avec filtrage linéaire, pour corriger des éventuels accidents acoustiques des haut-parleurs et appliquer un gain relatif approprié aux différentes voies de manière à en augmenter ou diminuer le niveau relatif, notamment le niveau des signaux stéréo reproduits par les voies latérales par rapport à la voie centrale et à la voie de basses, afin de compenser la différence de sensibilité des haut-parleurs et/ou augmenter ou diminuer l'effet stéréo.

[0045] La Figure 3 explicite le filtrage à double gradient de pression opéré par le bloc 24.

[0046] Il s'agit de combiner les composantes stéréo L' et R' pour donner de nouvelles composantes L" et R" appliquées respectivement aux voies gauche et droite 18L et 18R.

[0047] La composante L' est appliquée à un filtre direct 34 (simple étage de gain). De son côté, la composante gauche R' est appliquée à un filtre passe-bas 36 avec une fréquence de coupure typique de 4 kHz. Le signal en sortie de ce filtre 36 est soumis à un retard ajustable (bloc 38) et à une inversion (bloc 40), avant d'être recombiné en 42 au signal de sortie du bloc 34, pour donner la composante filtrée L" qui, après amplification et égalisation, sera reproduite par le haut-parleur latéral gauche 18L.

[0048] En ce qui concerne la voie droite, le haut-parleur droit 18R est alimenté par une composante stéréo filtrée R" dérivée des composantes R' et L' après traitement par des étages 34', 36', 38', 40' et 42' opérant de manière identique à celle des étages 34 à 42 décrits plus haut.

[0049] Ce traitement de filtrage à double gradient de pression (c'est-à-dire que chacune des composantes stéréo filtrées est dérivée des deux composantes stéréo L' et R' appliquées en entrée) permet de modifier de manière contrôlée, par ajustement des retards 38, 38', le diagramme de directivité de chacun des haut-parleurs latéraux.

[0050] Le filtrage à double gradient de pression permet de jouer sur le diagramme de directivité de manière à restituer les composantes stéréo de manière optimale pour un auditeur situé face à l'unique enceinte, et pour différentes configurations de local d'écoute (la composante mono C étant restituée par le haut-parleur central 16 tourné vers l'auditeur, et par le subwoofer 20).

[0051] On a illustré sur les Figures 4a à 4d différents diagrammes de directivité qu'il est possible d'obtenir d'un haut-parleur latéral, par exemple le haut-parleur latéral gauche 18L, en modifiant certains paramètres du filtrage à double gradient de pression.

[0052] En l'absence de tout filtrage, le diagramme de directivité du haut-parleur gauche 18L est celui illustré Figure 4a, où l'on note que le haut-parleur est directif dans la partie aigüe du spectre (diagramme A en trait continu, pour les fréquences au-delà de 4000 Hz), et omnidirectionnel dans le médium/grave (diagramme B en trait interrompu, pour des fréquences dans la plage 350-4000 Hz).

[0053] On peut montrer qu'en ajustant la valeur du délai appliqué par le bloc 38, et du fait de l'inversion réalisée par le bloc 40, le diagramme de directivité issu de la combinaison L" des deux signaux droit et gauche L' et R', pour un signal joué seulement à gauche, correspond à celui illustré Figure 4b : dans le médium/grave le diagramme comprend deux lobes latéraux B et B' séparés par un creux définissant une direction d'annulation A. En revanche, dans les aigus, typiquement au-delà de 4000 Hz, le filtre passe-bas 36 arrête le signal, de sorte que le filtre à double gradient de pression n'a pas d'action spécifique dans cette région du spectre (le diagramme A n'est pas modifié).

[0054] L'angle θ entre la direction d'annulation Δ et l'axe D1 correspondant à la direction de l'auditeur (direction perpendiculaire à la direction principale D2L du haut-parleur 18L), est donné par la relation :


où a est la largeur de l'enceinte (c'est-à-dire l'écartement entre les deux haut-parleurs 18L et 18R, typiquement de l'ordre de 12 cm), c est la vitesse du son et D est le délai introduit par l'étage à retard 38. Cette relation est valable à une distance de l'enceinte très supérieure à a, condition en pratique toujours vérifiée, l'auditeur se trouvant généralement à plusieurs mètres de l'enceinte.

[0055] Pour un signal joué à droite par le haut-parleur droit 18R, le diagramme de directivité est bien entendu symétrique.

[0056] Le fait d'avoir une direction d'annulation permet d'amplifier la stéréo de différentes manières.

[0057] Dans le premier cas, illustré Figure 4b, l'angle θ est faible, de l'ordre de 3 à 4°, de sorte que si l'auditeur 44 se trouve dans la direction principale D1 de l'enceinte, la direction d'annulation Δ pour la voie gauche se retrouve à proximité de l'oreille droite 46R de l'auditeur, et de même la direction d'annulation de la voie droite se trouve à proximité de l'oreille gauche 46L de l'auditeur. Ainsi, l'oreille gauche captera majoritairement la composante stéréo L', et l'oreille droite majoritairement la composante droite R' : l'auditeur entendra distinctement l'information stéréo comme si les haut-parleurs étaient situés de part et d'autre de sa tête.

[0058] Ce premier cas est particulièrement adapté aux situations où il n'y a pas de réflexions acoustiques, ou lorsque celles-ci sont symétriques.

[0059] En augmentant le retard, il est possible d'éloigner beaucoup plus la direction d'annulation Δ de l'axe D1 (Figure 4c), voire même jusqu'à θ = 90° (Figure 4b) : dans ce dernier cas, comme illustré, le diagramme de rayonnement est alors entièrement situé d'un côté de l'enceinte, le rayonnement étant maximal sur un côté. Ce cas est bien adapté aux configurations présentant des risques de réflexions acoustiques importantes sur l'un des côtés de l'enceinte 10, par exemple si celle-ci est placée à proximité d'un mur 48 du local d'écoute.

Mode de fonctionnement "duo" avec une paire d'enceintes

[0060] Les Figures 5 à 7 illustrent la manière dont le traitement du signal peut être modifié lorsque l'enceinte selon l'invention est utilisée avec une autre enceinte semblable, la paire d'enceintes gauche 10 et droite 10' étant disposées de part et d'autre de l'auditeur 44 selon une configuration classique (illustré schématiquement Figure 7) où les deux enceintes sont disposées respectivement à gauche et à droite face à l'auditeur.

[0061] On notera que dans ce cas l'architecture acoustique illustrée Figure 1, c'est-à-dire la configuration respective des différents haut-parleurs, n'est pas modifiée, et que le fonctionnement en mode solo ou en mode duo résulte seulement d'une modification du traitement numérique du signal opérée au sein du DSP.

[0062] Le basculement d'un mode de fonctionnement à l'autre sera donc extrêmement simple et ne requerra aucune modification matérielle de l'enceinte.

[0063] Le traitement appliqué en mode duo a pour but d'enrichir l'image stéréo classique formée entre les deux enceintes 10 et 10', notamment en élargissant la scène sonore (ce qui est particulièrement avantageux lorsque les deux enceintes 10 et 10' sont posées relativement proches l'une de l'autre), et ceci sans introduire de distorsion dans le signal restitué, notamment sans altération de la composante mono.

[0064] Par cette configuration, l'étage de séparation ou upmix (bloc 50) opère une extraction des voies d'ambiance, avec une composante d'ambiance gauche SL pour l'enceinte 10 placée à gauche de l'auditeur, et de la même façon une composante d'ambiance droite SR pour l'enceinte 10' située à droite de l'auditeur.

[0065] Les composantes d'ambiance sont obtenues par analyse du contenu stéréo des signaux L, R appliqués en entrée, pour extraire de nouveaux signaux contenant l'information très décorrélée entre les signaux gauche L et droit R. On retrouve dans ces composantes d'ambiance :

• les informations qui ont été mixées très à droite ou très à gauche, ainsi que
• de la réverbération et
• les informations d' "ambiance" au sens étroit, par exemple le bruit du public dans le cas d'un enregistrement sur scène.

[0066] Ces composantes sont, comme précédemment, extraites par analyse dans le domaine fréquentiel et comparaison des niveaux d'énergie spectrale respective des signaux L, R appliqués en entrée.

[0067] Pour l'enceinte 10, le signal d'ambiance SL (respectivement SR) est appliqué à un étage 52 de filtrage à simple gradient de pression, pour donner deux composantes d'ambiance filtrée SLL et SLR reproduites respectivement par le haut-parleur gauche 18L et par le haut-parleur droit 18R de cette enceinte 10 (elle-même placée à gauche de l'auditeur).

[0068] De façon semblable, pour l'enceinte 10', la composante d'ambiance droite SR est filtrée pour donner deux composantes filtrées SRL et SRR reproduites respectivement par le haut-parleur gauche 18L et par le haut-parleur droit 18R de cette enceinte 10' (elle-même placée à droite de l'auditeur).

[0069] Pour l'enceinte 10, la voie centrale du haut-parleur 16 est alimentée par une composante issue du signal gauche L duquel a été soustraite, par les blocs 54 et 56, la composante d'ambiance SL. De même, pour l'enceinte 10' la voie centrale du haut-parleur 16 est alimentée par une composante issue du signal droit R duquel a été soustraite, par les blocs 54 et 56, la composante d'ambiance SR.

[0070] Ainsi, les composantes d'ambiance sont reproduites par les voies latérales (haut-parleurs 18L et 18R) tandis que les composantes du signal stéréo qui ne sont pas des composantes d'ambiance sont reproduites par la voie centrale (haut-parleur 16), de manière conventionnelle mais sans interférence entre les composantes d'ambiance du signal et les composantes de ce signal qui ne sont pas d'ambiance.

[0071] Comme dans le mode solo, afin de renforcer la stéréo on peut jouer sur l'effet de précédence en retardant la voie gauche (respectivement droite) par rapport aux voies d'ambiance gauche (respectivement droite), au moyen des retards introduits par des blocs 30 : les composantes d'ambiance arrivant en avance par rapport aux composantes stéréo standards, on peut ainsi intensifier la perception de l'ambiance.

[0072] Les étages de filtrage linéaire 32 permettent en tant que de besoin de corriger les accidents acoustiques des différents haut-parleurs, et d'augmenter ou diminuer le niveau des voies latérales stéréo par rapport à la voie centrale mono et à la voie de basses mono, pour compenser la différence de sensibilité des haut-parleurs et augmenter ou diminuer l'effet stéréo. La Figure 6 illustre plus en détail le traitement réalisé par le filtre à (simple) gradient de pression 52.

[0073] Celui-ci comporte un filtre direct 34, c'est-à-dire un simple étage de gain, qui délivre la composante SLL filtrée à partir de la composante d'ambiance SL appliquée en entrée (respectivement, la composante filtrée SRL à partir de la composante SR appliquée en entrée). La composante SLR (respectivement SRR), quant à elle, résulte de l'application de la composante d'ambiance SL (respectivement SR) au filtre passe-bas 36 puis à l'étage à retard 38 et à l'étage d'inversion 40.

[0074] Le fonctionnement des étages 34, 36, 38 et 40 est le même que celui qui a été exposé en référence à la Figure 3 pour le mode solo, la seule différence étant qu'ici le filtre est un filtre à entrée unique.

[0075] En ajustant la valeur du délai D appliqué par le bloc 38, et grâce à l'inversion par le bloc 40, on peut montrer que le diagramme de directivité d'un signal d'ambiance sur l'enceinte 10 placée à gauche de l'auditeur 44 est comparable à celui illustré Figures 4b à 4d plus haut, avec une direction d'annulation Δ faisant avec la direction principale D1 de l'enceinte un angle θ déterminé par la relation sin θ = c*D/a, de la même façon que ce que l'on a exposé plus haut à propos du mode solo.

[0076] Comme cela est illustré Figure 7, dans le mode duo il est particulièrement avantageux de donner à l'angle θ une valeur de 90° de sorte que la direction d'annulation Δ du diagramme B de l'enceinte 10 disposée à gauche soit tournée vers la droite en direction de l'enceinte 10' disposée à droite de l'auditeur, et que de la même façon la direction d'annulation Δ' du diagramme B' de l'enceinte 10' disposée à droite soit tournée vers la gauche en direction de l'enceinte 10 disposée à gauche de l'auditeur.

[0077] Les diagrammes de rayonnement de la composante d'ambiance dans le grave/médium (A ou A') et dans l'aigu (B ou B') seront donc alors situé entièrement d'un côté de l'enceinte avec un rayonnement maximum au-delà de la zone où se trouvent les deux enceintes, permettant ainsi d'élargir la scène sonore en restituant du contenu au-delà de cette zone.

[0078] Enfin, afin de s'adapter au cas où un mur du local se trouverait sur le côté d'une enceinte, il est possible de régler le niveau des signaux d'ambiance pour réduire l'effet de réverbération résultant de cette proximité.

Revendications

1. Une enceinte acoustique active monobloc multivoie (10, 10'), comprenant :

- une voie centrale, avec un haut-parleur central (16) dont l'axe principal du diagramme de directivité propre est orienté selon une première direction (D1) ;

- des voies latérales, respectivement gauche et droite, avec chacune un haut-parleur latéral (18L, 18R) dont l'axe principal du diagramme de directivité propre est orienté selon une deuxième direction (D2L, D2R) perpendiculaire à la première direction, dans des sens opposés pour le haut-parleur gauche et pour le haut-parleur droit ; et

- des moyens de traitement audio, aptes à recevoir en entrée un signal stéréo composite à reproduire comportant un signal gauche (L) et un signal droit (R) et à distribuer entre la voie centrale et les voies latérales des combinaisons des signaux gauche et droit (L, R) selon une répartition prédéterminée,

caractérisée en ce que les moyens de traitement audio comprennent :

- des moyens séparateurs (22 ; 50), aptes à recevoir en entrée les signaux gauche et droit (L, R) du signal stéréo composite, et à en extraire au moins une composante latérale droite (R' ; SR) ou gauche (L' ; SL) sur la base d'une analyse dans le domaine fréquentiel avec comparaison des niveaux d'énergie spectrale respective des signaux gauche et droit (L, R) du signal stéréo composite ;

- des moyens combineurs (24, 52, 26, 28) aptes à distribuer entre la voie centrale et les voies latérales des combinaisons, selon une répartition prédéterminée, de signaux comprenant au moins l'une des composantes latérales droite (R' ; SR) ou gauche (L' ; SL),
ces moyens combineurs comprenant des moyens de filtrage aptes à modifier le diagramme de directivité (B, B') restitué sur chaque voie latérale de manière à y créer une direction d'annulation (Δ, Δ'),
ces moyens de filtrage étant des moyens de filtrage à gradient de pression recevant en entrée au moins l'une des composantes latérales droite (R' ; SR) ou gauche (L' ; SL).

2. L'enceinte acoustique active de la revendication 1, dans laquelle les moyens combineurs sont en outre aptes à appliquer un retard temporel (30) au signal, dérivé de la composante mono (C), distribué à la voie centrale.

3. L'enceinte acoustique active de la revendication 1, pour une utilisation dans un premier mode de fonctionnement où cette enceinte (10) est destinée à être utilisée isolément face à un auditeur (44) avec la première direction (D1) dirigée vers cet auditeur,
cette enceinte (10) étant caractérisée en ce que :

- les moyens séparateurs (22) sont aptes à extraire des signaux gauche et droit (L, R) du signal stéréo composite : une composante mono (C), commune aux signaux gauche et droit, une composante latérale gauche (L') pure, et une composante latérale droite (R') pure ;

- le filtrage à gradient de pression est un filtrage à double gradient de pression recevant en entrée l'une et l'autre des composantes latérales gauche (L') et droite (R') pures et délivrant en sortie à la fois un signal filtré gauche (L") et un signal droit (R") ; et

- les moyens combineurs (24, 26, 28) sont en outre aptes à distribuer :

· à la voie centrale, un signal dérivé de la composante mono (C) ;

· à la voie latérale gauche, le signal filtré gauche (L") ; et

· à la voie latérale droite, le signal filtré droit (R").

4. L'enceinte acoustique active de la revendication 3, comprenant en outre une voie de graves avec un haut-parleur de basses (20) non directif, et dans laquelle les moyens combineurs sont aptes à distribuer à cette voie de graves un signal dérivé de la composante mono (C).

5. L'enceinte acoustique active de la revendication 3, dans laquelle l'angle (θ) de la direction d'annulation par rapport à la première direction (D1) est inférieur à 10°, de préférence inférieur à 5°.

6. L'enceinte acoustique active de la revendication 3, dans laquelle le filtrage à gradient de pression est un filtrage appliqué seulement au-dessous d'une fréquence pivot, de manière que le diagramme de directivité propre (A) de chaque voie latérale soit conservé au-dessus de la fréquence pivot.

7. L'enceinte acoustique active de la revendication 6, dans laquelle le filtrage à gradient de pression (24) est un filtrage apte à délivrer en sortie :

- à la voie gauche, une combinaison (L") :

· d'un signal dérivé de la composante latérale gauche (L'), avec

· un signal dérivé de la composante latérale droite (R'), avec filtrage passe-bas (36) au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel (38) et d'une inversion (40), et

- à la voie droite, une combinaison (R") :

· d'un signal dérivé de la composante latérale droite (R'), avec

· un signal dérivé de la composante latérale gauche (L'), avec filtrage passe-bas (36') au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel (38') et d'une inversion (40).

8. L'enceinte acoustique active de la revendication 1, pour une utilisation dans un second mode de fonctionnement où cette enceinte (10) est destinée à être utilisée comme enceinte placée à gauche, ou respectivement à droite, d'un auditeur (44) en association avec une seconde enceinte (10') semblable, destinée à être placée à droite, ou respectivement à gauche, de ce même auditeur (44),
cette enceinte (10) étant caractérisée en ce que :

- les moyens séparateurs (22) sont aptes à extraire des signaux gauche et droit (L, R) du signal stéréo composite une composante d'ambiance gauche (SL) formant ladite composante latérale gauche, ou respectivement une composante d'ambiance droite (SR) formant ladite composante latérale droite ;

- le filtrage à gradient de pression est un filtrage à simple gradient de pression recevant en entrée la composante d'ambiance gauche (SL), ou respectivement droite (SR), et délivrant en sortie à la fois un signal filtré gauche (SLL ; SRL) et un signal filtré droit (SLR ; SRR) ; et

- les moyens combineurs (24, 26, 28) sont en outre aptes à distribuer :

· à la voie centrale, le signal gauche (L), ou respectivement droit (R), du signal stéréo composite, et

· à la voie latérale gauche, le signal filtré gauche (SLL ; SRL) ; et

· à la voie latérale droite, le signal filtré droit (SLR ; SRR).

9. L'enceinte acoustique active de la revendication 8, dans laquelle :

- les moyens combineurs sont en outre aptes à soustraire la composante d'ambiance gauche (SL) du signal gauche (L) distribué à la voie centrale, ou respectivement la composante d'ambiance droite (SR) du signal droit (R) distribué à la voie centrale.

10. L'enceinte acoustique active de la revendication 8, dans laquelle la direction d'annulation de la voie latérale droite (Δ), respectivement de la voie latérale gauche (Δ'), est une direction orientée vers ladite seconde enceinte (10') semblable, destinée à être placée à droite, ou respectivement à gauche, de l'auditeur (44).

11. L'enceinte acoustique active de la revendication 8, dans laquelle le filtrage à gradient de pression est un filtrage appliqué seulement au-dessous d'une fréquence pivot, de manière que le diagramme de directivité propre (A) de chaque voie latérale soit conservé au-dessus de la fréquence pivot.

12. L'enceinte acoustique active de la revendication 11, dans laquelle le filtrage à gradient de pression (52) est un filtrage apte à délivrer en sortie :

- à la voie gauche, un signal (SLL) directement dérivé de la composante d'ambiance gauche (SL) ; et

- à la voie droite, un signal (SLR) dérivé de la composante d'ambiance gauche (SL), avec filtrage passe-bas (36) au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel (38) et d'une inversion (40),

ou, respectivement :

- à la voie droite, un signal (SRR) directement dérivé de la composante d'ambiance droite (SR) ; et

- à la voie gauche, un signal (SRL) dérivé de la composante d'ambiance droite (SR), avec filtrage passe-bas (36) au-dessous de la fréquence pivot et ensuite application d'un retard temporel (38) et d'une inversion (40).

Dessins