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CA 02757990 2011-10-05
WO 2010/115972 PCT/EP2010/054686
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Dispositif électroacoustique destiné notamment à une salle de concert
La présente invention concerne un dispositif électroacoustique destiné
notamment
à une salle de concert, dispositif électroacoustique comportant au moins un
organe de
captation d'onde sonore et un organe de restitution d'ondes sonores reliés par
au moins un
circuit de traitement.
Une application importante de ce genre de dispositifs est, notamment
l'amélioration des conditions d'écoute dans les salles de concert. Ce que l'on
souhaite
souvent : c'est d'apporter une réverbération qui peut donner, par exemple, une
sensation
de grand espace fort appréciée pour les concerts symphoniques, alors qu'en
fait la salle
peut être de petites dimensions.
Pour ce genre d'application, il est possible d'utiliser les enseignements
donnés
dans le document de brevet FR2449318.
Le dispositif décrit dans ce document de brevet peut être confronté à des
problèmes d'instabilité. En effet, le dispositif prélève des signaux sonores
pour les
restituer ensuite avec un certain retard, et comme il existe un couplage entre
les organes
de captation (microphone) et les organes de restitution sonores (haut-
parleurs), des
instabilités du type effet Larsen peuvent survenir. Il convient, donc, de les
combattre.
Une cause d'instabilité est la fluctuation de la température qui fait varier
la vitesse
du son. Les réglages initiaux risquent de ne plus être plus adaptés à des
changements de
chemins sonores modifiés par la fluctuation de température. Aucune mesure
n'est décrite
dans le document de brevet cité ci-dessus pour tenir compte des changements de
température. Il n'est donc pas possible dans ce dispositif connu de parfaire
les réglages
puisque que ceux-ci seront faussés par ces fluctuations de température.
L'objet de l'invention est de pallier aux effets néfastes des changements de
température.
Pour cela, un tel dispositif électroacoustique est remarquable en ce qu'il
comporte
des organes de compensation qui fournisse une compensation aux changements de
température.
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Selon un premier mode de réalisation de l'invention, un dispositif
électroacoustique destiné notamment à une salle de concert, comporte une
pluralité de
cellules acoustiques formées par au moins un organe de captation d'onde sonore
et au
moins un organe de restitution d'ondes sonores (HP 1, HP2, HP3, HP4) et
comporte un
circuit annulateur d'écho (30) formé par un filtre impliquant une multitude de
coefficients. Il est remarquable en ce qu'il est prévu un organe de
thermométrie de la
température ambiante pour agir sur la multitude de coefficients en dépendance
de la
température ambiante.
Selon un deuxième mode de réalisation préféré de l'invention, ledit circuit
annulateur d'écho reçoit des répliques provenant des différents organes de
captation de
son que comporte ledit dispositif. Ces répliques sont combinées par matriçage.
Ainsi, la
restitution des sons par le haut-parleur tient compte de tout l'espace sonore
de la salle. Ce
matriçage complique les réglages initiaux, là encore, il ne faut donc pas que
cette qualité
sonore soit dégradée par les fluctuations de température qui viennent dégrader
les
différents paramètres initiaux de réglage. La mesure préconisée par
l'invention permet de
remédier à ce problème de température même dans le cas où tous les signaux
issus des
différents microphones sont traités par matriçage.
La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à
titre
d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être
réalisée.
Les dessins représentent:
- à la figure 1, un dispositif d'un premier type de l'art antérieur,
- à la figure 2, un dispositif d'un deuxième type auquel on a appliqué les
mesures de l'invention,
- à la figure 3, une cellule du premier type à laquelle on a appliqué les
mesures
de l'invention.
- à la figure 4, un dispositif conforme à l'invention impliquant un matriçage
de
signaux.
- à la figure 5, une cellule acoustique apte à faire partie d'un dispositif de
l'invention.
Sur les figures les éléments communs portent les mêmes références.
On rappelle tout d'abord le problème. Les paramètres de stabilisation de tels
dispositifs électroacoustique correspondent à un environnement donné entourant
la
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cellule et à un chemin acoustique donné entre haut-parleur et microphone. En
particulier,
ces paramètres sont déterminés à une température donnée. Or lorsque la
température
évolue, la célérité du son évolue dans le même sens puisque les deux grandeurs
sont
reliées par la relation c = yRT . Quand la température varie, les réflexions
sonores
parvenant au microphone ne sont donc plus les mêmes puisqu'elles se propagent
à une
vitesse différente et arrivent donc à des instants différents. Le chemin
acoustique Hhpm est
lui aussi modifié puisque les propriétés du milieu de propagation des ondes
sonore sont
modifiées. Il en résulte que les paramètres de stabilisation de du dispositif
ne
correspondent plus à l'environnement pour lequel ils ont été déterminés.
De plus, l'utilisation expérimentale ces techniques de découplage microphone -
haut-parleur ont fait apparaître une dérive de la stabilité d'une cellule en
fonction de la
valeur de la température ambiante entourant la cellule.
L'invention concerne la technique de correction de la stabilité en fonction de
la
température, pour chaque principe de stabilisation d'une cellule. Les
paramètres de
stabilité du dispositif sont déterminés lors du réglage à une température
initiale To.
L'invention consiste à ajuster en fonction des variations de température les
paramètres
déterminés à la température To.
On rappelle ensuite qu'un système électroacoustique de contrôle actif de la
réverbération d'une salle est composé :
- d' un ou plusieurs microphones permettant de capter un champ sonore,
- d'une ou plusieurs unités de traitement de signaux agissant sur le ou les
signaux provenant du ou des microphones un ou plusieurs haut-parleurs afin de
restituer
le ou les signaux audio précédemment traités,
Les systèmes en ligne se caractérisent par le positionnement du ou des
microphones proches de la source afin de capter majoritairement le champ
direct émis par
celle-ci. Les haut-parleurs sont répartis dans la salle afin d'assurer une
couverture sonore
homogène. Le traitement des signaux se compose alors essentiellement de
réverbération
artificielle.
Les systèmes régénératifs se caractérisent par le positionnement du ou des
microphones dans le champ sonore réverbéré de la salle. Chaque microphone est
relié à
un ou plusieurs haut-parleurs par l'intermédiaire d'un gain de faible valeur.
Les systèmes hybrides utilisés se basent sur la captation du champ sonore
réverbéré par le ou les microphones, auquel sont ajoutés des traitements de
signaux basés
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sur de la réverbération artificielle.
Un système électroacoustique de contrôle actif de réverbération peut être
constitué
de plusieurs ensembles (microphone - unité traitement de signal - haut-
parleur),
dénommé cellule . Dans le cas où le microphone et le haut-parleur sont très
proches, il
existe un risque d'instabilité de la cellule (effet Larsen). Un système auquel
peut
s'appliquer l'invention est un système de type régénératif constitué de
plusieurs cellules
indépendantes. Le microphone et le haut-parleur de la cellule sont très
proches, de l'ordre
de lm.
La figure 1 représente un premier exemple connu de cellule de système
électroacoustique de contrôle actif de réverbération. Elle est donc composée
d'un
microphone 1 d'un préamplificateur 3 et d'un circuit de traitement 5 d'un
amplificateur 7
et d'un haut-parleur 9. Pour contrôler la stabilité de cette cellule on
utilise un microphone
directionnel dont l'axe de minimum de sensibilité est dirigé dans l'axe de
directivité du
haut-parleur (comme mentionné dans le document de brevet mentionné ci-dessus),
ainsi
qu'un gain et un filtrage sélectif (filtre F1) par le circuit de traitement 5.
La figure 2 représente un autre exemple de cellule de système
électroacoustique
de contrôle actif de réverbération. Le circuit de traitement 5 comporte ici un
filtre
annulateur d'écho 11. Cet annulateur d'écho 11 est utilisé dans le cas où une
directivité
moins sélective du microphone diminue fortement le découplage acoustique de la
cellule.
Pour assurer un découplage suffisant de la cellule, le filtre annulateur
d'écho 11
doit estimer le plus exactement possible la fonction de transfert acoustique
(ou chemin
acoustique) entre haut-parleur et microphone (Hhpm). Les échos provenant
uniquement du
haut-parleur (et non pas du champ sonore présent dans la salle) sont alors
annulés en
retranchant le signal provenant du préamplificateur et le signal provenant du
filtre FI au
moyen du dispositif de soustraction 13.
L'annulateur d'écho 11 correspond au chemin acoustique Hhpm (identifié à la
température To) qui varie avec la température. En connaissant la manière dont
le chemin
acoustique Hhpm est modifié avec la température, il est possible d'appliquer
cette
modification à l'annulateur 11 en mettant à jour ses coefficients.
L'annulateur 11
correspond alors exactement au chemin acoustique Hhpm à la nouvelle
température. Une
stabilisation maximale de la cellule est de nouveau assurée.
Selon l'invention, la mise à jour des coefficients de l'annulateur llest
calculée en
fonction du délai de propagation des ondes induit par le changement de
température. Pour
une température initiale To qui varie jusqu'à une température courante Ti, le
la valeur du
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délai induit par la différence de température AT = T - To est donné par la
formulation :
d 1 1
OZ -Ti -ZO = (yR)vz (T )112 (1+OT/T )U2 -1
0 0
avec y =1.4
R = 287 J/(kg.K)
OT = T - T0 , la température en Kelvins.
Le retard à introduire dans la réponse du filtre de stabilisation est donné en
fractions de période d'échantillonnage par A z s = f A z où fs représente la
fréquence d'échantillonnage. L'algorithme fournit ci-après introduit le retard
dans la
réponse du filtre dans le domaine fréquentiel. La transformée de Fourier
discrète du filtre
de stabilisation initial s'écrit :
7~~ {' Wlen-1
Wi (fk) = W (n) exp(-27gkn / W en) , fk = _s
n-0 Wlen
k=0,1,===,Wlen-1
avec j = . La transformée de Fourier discrète du filtre de stabilisation
courant
est obtenue par multiplication du terme de retard (termes complexes) :
W (fk) = Wi (fk) exp(-2zcjkAz s l Wlen) , k = 0,1, = = = , Wlen -1
où At représente le retard exprimé en fractions de période d'échantillonnage.
Les coefficients de filtre courant sont obtenus par transformée de Fourier
inverse
Men-l_
W(n) = YW(fk)exp(+2zjkn/Wlen) , n = 0,1, = = =, Wlen -1
k=0
On ne gardera que la partie réelle des coefficients calculés plus haut, la
partie
imaginaire non-nulle étant due aux erreurs d'arrondis.
La figure 3 montre comment on peut réaliser une compensation de la température
sur une structure montrée à la figure 1. La réponse en fréquence du chemin
acoustique
Hhpm connaît une dérive en fréquence suivant l'évolution de la température -
le spectre
fréquentiel est décalé vers les hautes fréquences lorsque la température
augmente, et vers
les Basses Fréquences lorsque la température diminue. C'est pourquoi un filtre
15 est
ajouté à l'unité de traitement de signaux de la cellule afin de corriger ce
décalage en
fréquence. Si xl est le signal entrant sur le filtre 15 et yl le signal
sortant du filtre 15,
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alors le filtre 15 amène à la relation : y, (f ) = x, (f + Of) où f est la
fréquence du signal
et Of un décalage en fréquence de ce signal. La quantité Of est calculée en
fonction de
la température de façon à compenser le décalage en fréquence généré par un
changement
de température.
A la figure 4, on représenté un autre mode d'application de l'invention. La
référence 31 indique une salle de spectacle. Dans cette salle de spectacle, on
a disposé
une pluralité de cellules acoustiques Cl, C2, C3, C4, etc.Chaque cellule, dans
ce mode
d'application décrit, comporte un microphone Ml, un haut parleur HP1 pour la
cellule
Cl, un microphone M2 un haut-parleur HP2 pour la cellule C2. Les cellules C3,
C4 sont
munies respectivement, de la même manière, de microphones M3, M4 et de haut-
parleurs
HP3, HP4 etc.
Toutes les cellules Cl, C2, C3, C4 sont reliées, entre elles, par des liaisons
LL1,
LL2, LL3, LL4 par l'intermédiaire d'un circuit d'interconnexions 40.
La figure 5 montre schématiquement la structure de la cellule Cl. Il va de soi
que
les autres cellules C2, C3, C4 peuvent avoir la même structure.
Le haut-parleur HP 1 restitue un son qui tient compte des sons prélevés par
les
différents microphones : le microphone Ml et aussi les autres microphones M2,
M3, M4
transitant par les différentes liaisons LL1, LL2, LL3, LL4. Le son capté par
le
microphone Ml peut aussi être transmis vers les autres cellules C2, C3, C4 en
empruntant
la liaison LL 1.
Les différents sons issus de tous ces microphones sont additionnés entre eux
par
un circuit de matriçage constitué essentiellement par un additionneur 50 après
avoir subi
un traitement de pondération approprié par des amplificateurs de gain
variables APl,
AP2, AP3, AP4. En outre, chacun de ces sons est retardé par des unités de
retard TP2,
TP3, TP4 affectées respectivement aux microphones M2, M3, M4 de sorte à
compenser
les délais de propagation acoustique dus aux distances respectives entre la
cellule Cl et
les cellules C2, C3, C4. On peut aussi faire subir des traitements de
réverbération par des
circuits RV2, RV3, RV4. Après ces traitements mentionnés, les sons sont
appliqués au
haut-parleur HP 1.
La cellule Cl est équipée d'un circuit annulateur d'écho 60 formé
essentiellement
par un filtre FIR impliquant une multitude de coefficients. A l'entrée de ce
circuit 30, on
a une réplique du signal appliqué à l'entrée du haut-parleur HP I. Le signal
d'écho alors
engendré par ce circuit 60 est soustrait au signal fourni par le microphone Ml
au moyen
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d'un circuit de soustraction 65.
Un tel dispositif peut voir ses qualités se dégrader en fonction de la
température
ambiante.
Selon l'invention, les différentes cellules Cl, C2, C3, C4 sont munies
d'organe de
thermométrie Ti, T2, T3, T4 qui mesurent la température ambiante pour agir sur
le
circuit annulateur d'écho 60.
Ainsi, chaque cellule reçoit une indication de la température Ti de sorte
à
corriger l'influence néfaste des changements de température par rapport à la
température
TO à laquelle ont été faits les réglages initiaux.
La correction de température va agir sur les coefficients de sorte à apporter
un
retard 0'L par rapport au temps 'rO, auquel le réglage initial a été effectué,
au moyen d'une
relation du type ci-dessous, déjà explicitée, telle que
__ d 1 1
OZ = Zi O (yR 1/2 (To)l/2 [ (1+4T/T0)U2
Avec :
y =1.4
R = 287 J/(kg.K)
OT = T - To : températures en degré Kelvin
'L 0. est le retard établi au moment du réglage initial.
Le retard introduit de la sorte permet d'agir sur le chemin acoustique direct
allant
du haut-parleur de la cellule concernée au microphone de la même cellule.
