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ENCEINTE STEREOPHONIQUE
On connait des enceintes stereophoniques
monolithiques telles que décrites par exemple dans le
brevet US-A-4 572 325. De telles enceintes permettent a
51'aide d'un dispositif monolithique, c'est-a-dire ne
: comportant pas deux colonnes de restitution sonore,
mais seulement une, une meilleure restitution de
l'espace sonore, ou ambiance acoustique que les
dispositifs traditionnels a deux enceintes. En
10 particulier ces enceintes monolithiques permettent une
excellente localisation du son par les auditeurs, soit
une restitution stereophonique des sons, qui est
pratiquement independante de la position de l'auditeur
par rapport a l'enceinte ce qui n'est pas 1e cas lors
15de la restitution sonore a l'aide de deux enceintes ou
colonnes distinctes.
L'inconvénient de ces enceintes
monolithiques existantes reside dans le fait qu'elles
: travaillent exclusivement en reflexion, c'est-a-dire
20qu'elles emettent des ondes sonores en direction d'une
paroi qui les renvoie vers l'espace d'audition. Ceci
est en effet un inconvenient car d'une part tous les
- locaux d'audition ne se pretent pas a l'ecoute par
reflexion, il faut disposer d'une paroi nue, et d'autre
25part la qualite de la restitution est influencee par la
nature de la paroi de reflexion, sa texture, durete,
rugosite, module d'elasticite, etc ainsi que par la
distance separant cette paroi reflectrice de l'enceinte
monolithique.
La presente invention a pour but la
realisation d'une enceinte stereophonique monolithique
obviant aux inconvenients precites tout en gardant les
., .
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avantages relatifs a la qualite de la restitution
sonore obtenue par les enceintes decrites dans le
brevet americain precite.
La presente invention a pour objet une
5 enceinte stereophonique monolithique comportant un
premier groupe de transducteurs disposes suivant une
première ligne et alimentes par tout ou partie du
signal "droit" d'un amplificateur d'une chalne Hi-fi
ainsi qu'un second groupe de transducteurs disposes
10 suivant une seconde ligne, formant un angle avec ladite
première ligne, et alimentes par un signal "gauche"
dudit amplificateur, caracterisee par le fait que le
premier et second groupes comportent le meme nombre de
transducteurs, par le fait que les signaux "droit" et
lS "gauche" alimentant les groupes de transducteurs sont
en phase, par le fait que le chemin separant les zones
actives de deux transducteurs associes, appartenant
chacun a un des groupes, est sensiblement egal a un
multiple impair de la demi longueur d'onde d'une
20 frequence comprise entre 300 et 1000 Hz creant ainsi un
couplage acoustique pour cette frequence entre ces deux
transducteurs associes, et par le fait que les
frequences de couplage des differents couples de
transducteurs sont differentes
Le dessin annexe illustre schematiquement et
a titre d'exemple les modes de localisation humaine de
sources sonores ainsi que differentes formes
d'execution et variantes de l'enceinte sonore selon
l'invention.
La figure 1 est un diagramme illustrant les
zones de perception sonore humaine, de la musique, et
de la parole en fonction de l'intensite sonore et de la
frequence du son ainsi que la zone dans laquelle la
localisation d'une source sonore est possible.
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La figure 2 est un diagramme illustrant en
fonction de l'intensite sonore et de la frequence du
son les zones dans lesquelles la localisation de la
source sonore s'effect.ue par le differentiel de temps
5respectivement d'intensite sonore entre la partie
active d'une oreille et de l'autre.
La figure 3 illustre les signaux sonores
perçus par les oreilles gauche et droite d'un auditeur
provenant d'une source situee en avant et sur sa
:lOgauche.
. Les figures 4 à 6 illustrent trois variantes
d'une première forme d'execution de l'enceinte selon
l'invention.
Les figures 7 à 9 illustrent une seconde
15forme d'execution de l'enceinte selon l'invention.
La figure 10 illustre les zones d'audition
stereophoniques des dispositifs illlustres aux figures
;. 4 à 6.
Les figures 11 et 12 illustrent une
20troisième forme d'execution de l'enceinte selon
l'invention.
'~ La figure 13 illustre une quatrière forme
: d'execution de l'enceinte selon l'invention.
La figure 14 illustre une cinquième forme
.25d'execution de l'enceinte selon l'invention.
. Des etudes recentes, principalement
: empiriques, permettent d'approcher la physiologie de
l'ecoute humaine particulierement dans le domaine de la
localisation des sons, bruits, etc. perçus.
De ces etudes il ressort quelques
constatations qui sont illustrees aux figures 1 a 3. La
figure 1, montre que l'oreille humaine est sensible,
pour la perception de la musique dans une plage A
allant d'environ 20Hz a 20KHz pour une intensite allant
. .
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de 20 à 90dB. Pour la parole 1'oreille humaine est
sensible dans une plage B plus restreinte et ce n'est
que pour la zone provenant de la plage C, 300Hz a 5KHz;
40dB à 70dB, restreinte, que la personne qui ecoute est
capable de localiser la provenance des sons.
Cette localisation s'effectue grâce à deux
paramètres, d'une part le differentiel de temps ~t
separant la perception d'un meme front d'ondes par
l'oreille gauche et l'oreille droite et d'autre part le
differentiel de pression sonore ~p d'un front d'ondes
10 entre les deux oreilles. La figure 2 montre que les
deux paramètres ~t et ~p permettant la localisation
d'un son, sont utilises de façon pratiquement
equivalente pour la zone D centree autour de llOOHz, en
dessus de cette frequence c'est le differentiel de
15 pression sonore ~P qui est preponderant, tandis qu'au-
dessous de cette frequence c'est le differentiel de
temps~t qui est preponderant pour la localisation du
son.
La figure 3 illustre la perception par
20 l'oreille gauche G et par l'oreille droite D d'un
auditeur d'un son, front d'ondes audible, provenant du
point P. Si l'oreille gauche G perçoit le son au temps
to avec une intensite Pl l'oreille droite D percevra ce
son au temps (to + ~t) et avec une intensite ou
25 pression sonore (P2 = Pl - ~P).
A partir de ces constations que le titulaire
a pu experimentalement mettre en evidence, il en deduit
que pour permettre une audition stereophonique se
rapprochant au mieux des conditions d'ecoute reelles il
30 faut que le dispositif de restitution du son permette
pratique~ent en toute part d'une salle d'ecoute de
realiser, pour des frequences comprises entre 300Hz et
4Khz et des pressions acoustiques comprises entre 40dB
~"
,~
X
:,
- - ~
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-- s --
et 90dB, par la combinaison de signaux gauches et
droits provenant de sources distinctes mais localises
dans une seule enceinte stereophonique, la reproduction
des paramètres ~t et ~p tels qu'ils seraient
S engendres lors d'une ecoute en direct de sons provenant
de sources ayant des positions differentes par rapport
a l'auditeur.
Ceci peut être realise en enregistrant les
signaux gauches et droits a l'aide d'une tete d'ecoute
10 formee de deux micros separes par la distance moyenne
separant les deux oreilles d'une personne, puis en
alimentant avec ces signaux gauches-droits, pour la
plage de frequence allant de 300Hz a 4Khz au moins, une
pluralite de couples, de haut-parleurs , chacun de ces
15 couples de haut-parleurs, etant couple acoustiquement
pour une frequence differente. De plus les couples de
haut-parleurs sont de preference disposes les uns par
rapport aux autres de maniere a creer un front d'ondes
continu, compte tenu des differentes frequences de
20 couplage.
De cette façon on peut restituer pour un
auditeur place pratiquement n'importe ou dans la salle
d'ecoute les parametres permettant la localisation des
sons tels qu'ils auraient ete perçus par un auditeur
25 en direct situe au centre de la salle d'ecoute.
La premiere forme d'execution de l'enceinte
stereophonique monolithique selon l'invention repondant
aux criteres enonces ci-dessus est illustree en
perspective a la figure 4. Elle comporte une enceinte
30 presentant la forme d'une section droite d'un prisme
ayant en coupe la forme d'un triangle isocèle dont la
base est formee par le petit cote.
; Les deux autres cotes 1,2 servent de support
a des groupes de haut-parleurs affectes chacun a un
X
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canal droit, respectivement gauche; chacun de ces
grou?es presentant le meme nombre de haut-parleurs. Ces
deux cotes 1,2 et la base 3 de cette enceinte sont
relies par des parois frontale 4 et arriere 5 formant
ainsi une enceinte fermee.
Chaque haut-parleur 6,7,8,9,10 d'un groupe
est associe avec un haut-parleur 11,12,13,14,15 du
second groupe pour former un couple de haut-parleurs
- separes par une distance differente d'un couple à
l'autre permettant de realiser un couplage acoustique
de chacun de ces couples sur une frequence differente.
Dans l'exemple illustre le couple de haut-parleurs 6,
11 est separe par une distance a correspondant à la
demi longueur d'onde d'une frequence de 300Hz. Les
distances b, c, d et e separant les haut-parleurs des
autres couples correspondent respectivement à la demi
longueur d'onde de frequence de 450, 550, 950 et
- 2000Hz.
On realise ainsi pour ces couples de
haut-parleurs des couplages acoustiques pour des
frequences bien determinees s'etageant entre 200Hz et
3KHz, soit dans la plage de frequence necessaire à la
localisation du son.
Il est evident que les caracteristiques de
reponse des haut-parleurs de differents couples peuvent
- etre identiques ou differentes. Dans ce dernier cas, le
couple de haut-parleurs 6,11 est plus particulierement
adapte à la restitution des basses frequences tandis
que le couple 10,15 est plus particulièrement adapte à
la restitution des frequences élevees.
La qualite de la restitution sonore depend
en grande partie de la qualite des haut-parleurs,
tandis que la spatialite ou ambiance sonore
(incorporant la localisation des sons) depend en grande
X
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partie du couplage entre les haut-parleurs des
differents couples couvrant la plage de frequence
comprise entre 300 et 1000 Hz ( ~t).
Une telle enceinte stereophonique
5 monolithique peùt etre placee au milieu d'une salle
d'ecoute et generer une ecoute stereophonique de bonne
qualite dans des zones X,Y telles que celles illustrees
à la figure 10.
La figure 5 illustre une variante de cette
10 premiere forme d'execution dans laquelle les
haut-parleurs de certains couples au moins sont
alimentes par les amplificateurs gauche 16
respectivement droite 17 au travers de filtres passe-
bandes 18, 19 selectionnant pour chacun des couples de
15 haut-parleurs ainsi alimentes une bande de frequence
passante differente. La bande passante affectee a un
couple de haut-parleurs sera voisine de la frequence
correspondant a la demi longueur d'ondes separant
lesdits haut-parleurs de sorte que ce mode
20 d'alimentation renforce encore le couplage acoustique
et donc l'effet de spatialite de la restitution sonore.
Il est a noter que l'effet de localisation depend
principalement des fronts d'onde d'une frequence
comprise entre 300 Hz et lKHz et de la difference de
25 pression ~p entre 1000 et 4000Hz et que cette
localisation s'effectue tres rapidement pendant la
premiere milliseconde alors que la qualite de la
- transmission musicale depend d'une gamme de frequence
bien plus etendue 20 Hz a 20KHz et est perçue par le
30 cerveau humain pendant un laps de temps allant de 1 a 3
secondes. Il est donc en pratique tout a fait possible
de distinguer entre les moyens permettant la
localisation du son de ceux permettant la restitution
fidele des sons (musique, bruits, etc).
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Dans la variante illustree à la figure 6 le
couplage acoustique des haut-parleurs appartenant à un
couple donne s'effectue non pas par les distances,
a....e, les separant par l'interieur de l'enceinte
S comme precedemment mais du fait que la longueur de la
demi circonference a'....e' correspondant à la longueur
d'un front d'onde les separant par l'exterieur de
l'enceinte, si l'on considere une propagation spherique
; des ondes sonores, est egale à un multiple impair de la
demi longueur d'ondes correspondant a la frequence de
couplage desiree. On obtient ici un couplage exterieur
a l'enceinte. Dans d'autre execution on peut envisager
de realiser une enceinte dans laquelle seraient
realises tant un couplage interieur a l'enceinte qu'un
couplage exterieur à l'enceinte.
Dans une forme d'execution tel~e que celle
illustree à la figure 6 les fronts d'onde provoques par
les differents couples de haut-parleurs ne sont pas
synchronises ce qui nuit tant a la localisation qu'a la
fidelite de la restitution musicale. Pour palier a cet
inconvenient on peut, à l'aide de lignes de retard
incorporees dans l'alimentation en signaux electriques
des couples de haut-parleurs, provoquer un decalage
dans le temps, different pour chaque couple de
haut-parleurs, de ces signaux de telle sorte que dans
le plan de symetrie de l'enceinte les fronts d'onde
a'...e' soient synchronises c'est-à-dire, que dans ce
plan tous les fronts d'onde presentent un maximum à un
moment donne. Cette coherence du son est tout
particulièrement importante pour la fonction de
localisation de sorte qu'il est possible de limiter
cette sychronisation aux couples de haut-parleurs
accordes sur des frequence comprises entre 300 et
lOOOHz.
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g
Dans la forme d'execution illustree aux
figures 7 à 9, l'enceinte comporte un baffle plan 20
sur lequel sont fixes des groupes de haut-parleurs 21,
22, 23, 24 et 25, 26, 27, 28 disposes suivant deux
droites formant un angle entre elles.
S La paroi arrière de ce baffle est munie de
chambres de resonance 29, 30, 31, 32 reliant les
haut-parleurs des deux groupes formant des couples
21-25; 22-26; 23-27 et 24-28. Les dimensions de ces
chambres de resonance sont telles qu'elles constituent
pour des frequences donnees etagees entre 300Hz et
lKHz, par exemple pour 350Hz, 450Hz, 650Hz et 950Hz des
resonateurs permettant ainsi un couplage pour ces
frequences des couples de haut-parleurs correspondants.
Ce couplage permet à nouveau d'assurer la
diffusion, pour les frequences concernees les signaux
gauche et droit avec decalages temporels ~t et de
pression acoustique a p propre à une perception
parfaite de la localisation des sons et donc de
realiser une spatialite parfaite de la diffusion sonore
par cette enceinte.
Les figures 11 et 12 illustrent une
:: troisième forme d'execution de l'enceinte
stereophonique monolithique formee d'une base 29, de
: 25 deux baffles 30 d'un couvercle 31 et de deux parois
. terminales 32.
Chacun des baffles 30 sert de support à un
groupe de haut-parleurs 33,34,35,36,37,38 formant des
couples 33-36, 34-37 et 35-38.
Dans cette forme d'execution on realise
- comme precedemment un couplage entre les haut-parleurs
d'un même couple à une frequence donnee ~comprise entre
300 Hz et lKHz) differente pour chaque couple de
haut-parleurs en s'assurant que les distances a, b, c
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soient egales a la demi longueur d'onde correspondant a
la frequence de couplage desiree.
De plus la disposition des haut-parleurs de
chaque groupe, non seu'lement decales en hauteur mais
egalement en profondeur, permet de faire en sorte que
dans le plan median Z-Z de l'enceinte des sons,
correspondant aux frequences pour lesque11es les
couples de haut-parleurs sont couples, emis à un meme
instant, forment un front d'onde commun ce qui ameliore
encore la qualite de la reception sonore et les
facultes de localisation.
Dans la forme d'execution illustree a la
figure 13, l'enceinte comporte deux baffles frontaux
39, 40 inclines vers l'arriere et formant un angle
entre eux. L'enceinte est obtenue par une base, une
paroi superieure, une paroi arriere et des parois
laterales. Des groupes de haut-parleurs sont fixes dans
chacun des baffles 39, 40 et sont disposes de façon a
former des couples 41-42; 43-44; 45-46. Un couplage
interne ou externe est realise pour des frequences
determinees entre 300Hz et lKHz, entre les
haut-parleurs d'un meme couple pour assurer une bonne
restitution des parametres definissant la localisation
'des sons. En outre, les groupes de haut-parleurs sont
25 repartis sur le baffle le long de courbes de telle
façon a ce que, pour la frequence de couplage, les
fronts sonores des couples de haut-parleurs se
confondent dans le plan de symetrie median de
l'enceinte.
Puisque comme on l'a vu precedement les
informations relatives a la localisation spatiale ne
sont necessaires que dans une plage de frequence
comprise entre 300 et 3000Hz tandis que la restitution
de la qualite du son exige une plage de frequence
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allant jusqu'a environ 20'000Hz, on peut sans
autre sêparer ces informations. On peut ainsi realiser
une forme d'execution de l'enceinte telle qu'111ustree
à la figure 14 presentant une forme pyramidale tronquee
5 de base carree ou rectangulaire dont la face frontale
est munie de haut-parleurs 47 pour les basses
:frequences (20 a 300Hz), 48 pour les moyennes
frequences (~00 a 3000Hz) et 49 pour les hautes
frequences (3000 a 30'000 Hz) alimentees par des
-lO signaux monos. Ces haut-parleurs 47,48 et 49 sont de
bonne qualite et c'est eux qui constituent l'element
terminal de la chaine de reproduction fid~le de la
musicalite.
En plus, cette enceinte comprend sur ces
15 faces laterales trois ~ouples de haut-parleurs 50,51 et
52 couples comme on l'a vu precedemment sur des
frequences de par exemple 350Hz, 600Hz et lKHz. La
position de ces haut-parleurs est telle que les fronts
; d'onde dudit couple soient synchronises pour lesdites
20 frequences dans un plan de symetrie de l'enceinte. Ces
couples de haut-parleurs sont eux alimentes par des
signaux stereo permettant, comme on l'a vu precedement
de diffuser les informations ~p et A t dans toute la
zone d'ecoute qui permet une localisation des sons.
En variante on peut avoir un seul canal de
spatialite cooperant dans les frequences comprises
entre 300 et 4'000Hz avec le canal musical pour
transmettre les informations de localisation des sons.
De nombreuses formes d'executions et
30 variantes peuvent etre envisagees pour obtenir le
resultat recherche mais toujours il faut, pour obtenir
la spatialite desiree, que la disposition des
haut-parleurs soit telle que des couples de
haut-parleurs droite-gauche soient couples
X
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acoustiquement, par l'interieur et/ou par l'exterieur
de l'enceinte, pour des frequences differentes,
comprises entre~ 300Hz et lKHz. De plus, on augmente
encore la qualite de la restitution si les
5 haut-parleurs sont disposes de telle façon qu'un front
d'onde commun soit realise dans le plan de symetrie de
l'enceinte pour des ondes sonores emises par les
differents couples de haut-parleurs pour les frequences
auxquelles ils sont couples.
: lO Pour les auditeurs habitues a une grande
separation des canaux gauche-droite telle qu'elle est
retransmise par les enceintes stereo actuelles, surtout
lorsqu'elles ne sont pas alimentees par une matrice
d'enregistrement correspondant a l'ecoute hu~aine mais
15 par une matrice à micros multiples par exemple on peut
prevoir un couple de transducteurs supplementaire
couples sur une frequence de 300 a lOOOHz et alimentes
par des signaux gauche-droite en opposition de phase.
On renforce ainsi l'effet de separation des canaux.
