Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
I
SYSTEME DE SONORISATION A DIRECTIVITÉ RÉGLABLE AMÉLIORÉE
L'invention concerne le contrôle de la directivité des sources sonores
électroacoustiques, qu'elles soient utilisées en sonorisation professionnelle,
institutionnelle ou domestique.
Les sources sonores électroacoustiques sont communément appelées enceinte
acoustique , système de haut-parleurs , ligne source ou enceinte ou
système
de sonorisation .
Parmi les caractéristiques essentielles qualifiant une source sonore, la
directivité,
et plus particulièrement la manière de contrôler cette dernière sur une partie
définie
du spectre sonore, joue un rôle capital dans les applications
professionnelles. La
directivité exprime généralement un angle correspondant au secteur angulaire
pour
lequel le niveau de pression sonore ou SPL pour Sound Pressure Level en
anglais est
constant sur une plage de fréquences spécifiée par le constructeur. On dira
ainsi que
telle source sonore présente, par exemple, une directivité horizontale de 900
,
contrôlée de 1kHz à 10kHz. Selon des convenances internationales, le terme
contrôlé sous-entend que le SPL est constant à +/-3dB près sur un secteur de
900
entre 1kHz et 10kHz, tandis que l'atténuation du SPL à l'extérieur de ce
secteur
angulaire doit être aussi élevée que possible, typiquement supérieure à 6dB.
En sonorisation professionnelle, la directivité d'une source sonore distingue
deux
plans, le plan horizontal et le plan vertical, pour lesquels cette
caractéristique présente
généralement des valeurs différentes. L'art du contrôle de la directivité des
sources
sonores remonte à l'origine des haut-parleurs.
De nos jours, il existe deux méthodes indépendantes capables de contrôler la
directivité des sources sonores. La première est traditionnellement mécanique
: elle
s'appuie très largement sur l'utilisation de pavillons sonores, et/ou de
l'arrangement
en réseau de transducteurs multiples. Les produits sources sonores
appartenant
à cette classe, dans le secteur professionnel ou non, présentent pour un plan
donné,
horizontal ou vertical, une seule directivité, fixée une fois pour toutes par
la
configuration matérielle des composants de l'enceinte acoustique. Le choix des
transducteurs, leur fréquence de raccordement, le type de pavillon ou guide
d'onde monté
devant l'orifice de moteurs à chambre de compression ou de haut-parleurs
électrodynamiques détermine ainsi les caractéristiques de directivité de la
source sonore
sur une bande spectrale plus ou moins étendue.
CA 2928995 2019-07-25
lA
Il convient de rappeler que seules les fréquences moyennes et algues peuvent
être
contrôlées, sachant que toutes les fréquences dont la longueur d'onde dépasse
largement
les dimensions physiques de l'objet source sonore ne sont pas réputées pouvoir
être
CA 2928995 2019-07-25
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 2 PCT/FR2013/052604
contrôlées en vertu de lois physiques incontournables. Il est ainsi illusoire
de contrôler des
fréquences inférieures à 100Hz soit une longueur d'onde supérieure à 3,4
mètres si
l'enceinte acoustique est un cube de 30 cm d'arête. Aux fréquences moyennes,
c'est-à-dire
pour des haut-parleurs medium dont les fréquences sont typiquement comprises
entre
environ 200Hz et environ 1kHz, on pourra obtenir un contrôle satisfaisant par
un
arrangement ad hoc des transducteurs, en jouant sur les interférences entre
haut-parleurs
multiples. Aux fréquences élevées, c'est-à-dire pour des haut-parleurs aigus
dont les
fréquences sont typiquement comprises entre environ 1kHz et environ 10kHz, il
est
nécessaire de monter des guides d'onde et/ou pavillons devant l'orifice ou
embouchure des
haut-parleurs d'aigus souvent appelés des tweeters en anglais, ou des
moteurs à
chambre de compression pour obtenir par la forme du guide et/ou du pavillon la
directivité
souhaitée.
L'intérêt de l'approche mécanique réside dans sa simplicité de conception et
son coût
modéré, offrant des résultats intéressants aux fréquences moyennes et élevées.
L'inconvénient dû à la fixité mécanique est de ne pas pouvoir proposer à
l'utilisateur
plusieurs choix de directivité dans un même produit.
Cet inconvénient a poussé à introduire des pavillons ou guides d'onde à
géométrie
variable, en insérant des volets orientables à la sortie de guides d'ondes,
réglés par
l'utilisateur en fonction de son choix. On connait également un dispositif
portant le nom de
Outline MINI COM.P.A.S.S. - marque déposée - lequel appartient à la première
classe de
sources sonores à action mécanique, avec des éléments orientables, dans
lesquels sont
montés les transducteurs de médium. Malheureusement de tels réglages
n'agissant que sur
certains paramètres physiques de l'ensemble médium/aigu, ils ne présentent un
niveau de
performance que limité sur l'ensemble de la plage de fréquences recherchée.
La deuxième manière de contrôler la directivité est apparue au cours des dix
dernières
années, elle repose sur le recours électronique fourni par les composants de
type DSP pour
Digital Signal Processor en anglais - ou processeur de signal numérique en
français - . Des
transducteurs souvent identiques sont associés selon un arrangement physique
prédéfini.
Les transducteurs opèrent sur une plage de fréquences commune choisie par le
constructeur. Grâce au composant DSP sont appliqués à au moins un des
transducteurs des
paramètres de magnitude et de phase en d'autres termes de filtrage, gain,
déphasage, délai
permettant de modifier et contrôler la directivité de l'ensemble de haut-
parleurs, considéré
comme une source sonore complexe. L'intérêt de cette approche réside dans son
pouvoir de
proposer des directivités différentes pour une même configuration physique.
Elle implique
toujours un nombre de transducteurs important pour obtenir une qualité élevée
du contrôle.
Son inconvénient est son coût élevé car elle met typiquement en oeuvre un
composant DSP
à amplification par transducteur et elle implique une quasi-impossibilité
d'adresser le contrôle
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 3 PCT/FR2013/052604
des fréquences très élevées, dès que la longueur d'onde devient bien plus
petite que la taille
de chaque transducteur, typiquement au-dessus de 4kHz.
Ainsi, le dispositif présenté dans le document EP 1 635 606 appartient à la
première
classe de sources sonores à action mécanique, avec des volets réglables
agissant
mécaniquement et acoustiquement sur les transducteurs médiums et aigus. Le
procédé
utilise des paramètres DSP différents pour des réglages de volets différents,
dans l'unique
but de linéariser la réponse en fréquence. Il n'y a pas de plage de fréquence
commune aux
transducteurs médiums et aigus. La fréquence de raccordement entre
transducteurs
médiums et aigus est fixe, donc indépendante de l'orientation des volets.
Le but de l'invention est de pallier aux inconvénients des systèmes de haut-
parleurs
connus, en proposant un système qui présente une directivité particulièrement
efficace et qui
soit d'une confection suffisamment simple.
Ce but est atteint selon l'invention grâce à un système de sonorisation,
comprenant au
moins un transducteur sonore aigu et au moins un transducteur sonore médium,
des volets
orientables agissant sur une émission sonore du transducteur sonore aigu pour
produire une
directivité d'émission sonore du transducteur sonore aigu selon un secteur
angulaire choisi,
caractérisé en ce qu'il est configuré pour que le transducteur sonore médium
et le
transducteur sonore aigu émettent sur une plage de fréquences commune et il
comprend au
moins un module de commande de type - Processeur de Signal Numérique -
agissant sur un
signal à destination du transducteur sonore aigu et sur un signal à
destination du
transducteur sonore médium de manière à appliquer dans la plage de fréquences
commune
au moins un paramètre de magnitude sur le transducteur sonore aigu (1) et/ou
sur le
transducteur sonore médium ainsi qu'au moins un paramètre de phase sur le
transducteur
sonore aigu et/ou sur le transducteur sonore médium de manière à produire une
directivité
d'émission sonore du couple constitué du transducteur sonore aigu et du
transducteur
sonore médium selon le même secteur angulaire choisi que la directivité
produite par les
volets orientables.
Avantageusement, les volets orientables et le module de commande de type DSP
sont
configurés de telle sorte qu'ils génèrent chacun une présence des ondes
sonores selon un
niveau sonore sensiblement constant dans ledit secteur angulaire choisi, les
volets
orientables et le module de commande de type DSP étant configurés de telle
sorte qu'ils
atténuent les ondes sonores en tout angle extérieur audit secteur angulaire
choisi selon une
atténuation supérieure à 6 dB par rapport au niveau sonore le plus élevé dans
ledit secteur
angulaire choisi.
Avantageusement, le système de sonorisation est configuré de telle sorte que
la plage
de fréquences commune est variable en fonction de l'orientation des volets
orientables.
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 4 PCT/FR2013/052604
Avantageusement, le système de sonorisation comprend au moins deux
transducteurs
sonores medium et au moins un transducteur sonore aigu, les transducteurs
sonores
medium étant disposés de part et d'autre du transducteur sonore aigu.
Avantageusement, le système de sonorisation comporte un boitier entourant au
moins
partiellement un des volets, ledit au moins un des volets présentant une
surface orientée en
vis-à-vis d'un flux sonore émis par ledit transducteur sonore aigu et une
surface orientée en
éloignement du flux sonore émis par ledit transducteur sonore aigu, le boitier
formant
obstacle devant la surface du volet (6) orientée en éloignement du flux sonore
émis par le
transducteur sonore aigu de manière à protéger cette surface contre un choc
par un objet
étranger.
Avantageusement, ledit au moins un transducteur sonore medium comporte une
membrane mobile de forme sensiblement conique et le boitier dudit au moins un
volet est
conformé de manière à épouser une partie de la forme sensiblement conique de
la
membrane.
Avantageusement, le système de sonorisation constitue un système de
sonorisation
portatif.
Avantageusement, le système de sonorisation comporte au moins deux
transducteurs
sonores graves et les dits au moins deux transducteurs sonores graves sont
disposés de
part et d'autre d'un ensemble constitué par ledit au moins un transducteur
sonore aigu et
lesdits au moins deux transducteurs sonores medium.
Avantageusement, le système de sonorisation comporte au moins un guide d'onde
qui
véhicule des ondes sonores émises par le transducteur sonore aigu.
Avantageusement, le système de sonorisation comporte une fente par laquelle
sont
émises les ondes sonores produites par le transducteur sonore aigu, lesdits au
moins deux
transducteurs sonores medium étant disposés de part et d'autre de la fente.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la
lecture de la
description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées
sur lesquelles :
- La figure 1 représente en coupe un système de haut-parleurs selon un mode de
réalisation
de l'invention.
- La figure 2 représente en coupe une partie à volets orientables de ce même
système de
haut-parleurs.
Le système de haut-parleurs représenté sur la figure 1 comporte un arrangement
en K
des transducteurs médiums et aigus. Ce système de haut-parleurs vu de face est
symétrique
par rapport au plan vertical traversant le système en son milieu. En partant
du milieu de la
face avant, se trouvent des moteurs à chambre de compression 1 montés en ligne
couplés à
des guides d'onde superposés 2 présentant sur la face avant une sortie en
forme de fente
longitudinale verticale 3. De part et d'autre de cette fente 3 sont montés sur
la face avant des
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 5 PCT/FR2013/052604
transducteurs de médium 4 situés au plus près de la fente 3. De part et
d'autre de ces
transducteurs de médium 4 sont montés des transducteurs de graves 5 situés à
proximité de
la section médium.
Les transducteurs aigus 1 émettent des fréquences aigues qui sont des
fréquences
comprises entre environ 1 kHz et environ 10kHz. Les transducteurs médium
émettent des
fréquences médium qui sont des fréquences comprises entre environ 200Hz et
environ
1kHz. Les transducteurs de graves émettent des fréquences graves qui sont des
fréquences
inférieures à environ 200Hz.
De part et d'autre de la fente 3 ont été ajoutées des parois 6 occultant
partiellement les
transducteurs de médium 4 et dont l'orientation permet de diriger les
fréquences élevées
rayonnées par le transducteur aigu 1 dans un secteur angulaire correspondant à
la directivité
de l'aigu.
Ces parois 6 forment ici des volets orientables. On met ainsi en uvre un
réglage
mécanique de ces volets orientables 6 à la sortie du guide d'onde 2 lui-même
raccordé à
l'orifice du transducteur à hautes fréquences 1 constitué ici d'un moteur à
chambre de
compression. L'ensemble est positionné entre deux ou plusieurs transducteurs
médium 4
montés en radiation directe sur un plan fixe, de manière à ce que le
dispositif complet
présente, de face, une symétrie par rapport à un plan vertical. Les volets 6
situés à la sortie
des guides d'onde 2 sont ici mobiles avec une présélection de plusieurs
orientations.
Les volets 6 sont ici emprisonnés dans deux boitiers respectifs 7. Chacun des
boitiers 7
s'étend autour d'un espace délimité par la face inférieure du volet 6 tournée
en éloignement
du flux sonore aigu. Les boitiers 7 protègent ainsi les volets 6 de telle
sorte qu'aucun objet
extérieur ne peut venir au contact du volet sous celui-ci. Chacun des boitiers
7 héberge et
protège également un système de rotation et de présélection d'orientation du
volet
correspondant 6. Dans le présent mode de réalisation, les boitiers 7
présentent chacun une
partie venant en recouvrement d'un transducteur médium respectif. Dans cette
partie de
recouvrement, chaque boitier 7 pénètre dans l'espace conique délimité par la
membrane
mobile du transducteur medium 4 considéré et épouse la forme de la membrane.
Cette
partie de recouvrement joue ainsi le rôle d'une chambre de compression médium.
Les volets 6 sont ici orientables individuellement de sorte que l'on peut
adopter avec le
présent système un réglage asymétrique de l'orientation du flux sonore, que ce
soit vers la
droite ou vers la gauche selon que l'un ou l'autre des volets est disposé dans
la position la
plus relevée.
La rotation des volets 6 permet de modifier la directivité de l'aigu sur la
plage de
fonctionnement des transducteurs aigus, typiquement sur la plage des
fréquences
supérieures à 800Hz, à la condition toutefois que la taille des volets 6, en
mode ouvert ou
fermé, soit suffisante pour garantir un contrôle efficace. En effet, il
convient de noter la perte
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 6 PCT/FR2013/052604
de contrôle de directivité à mesure que l'on resserre les volets selon un
secteur angulaire
étroit en raison de dimensions physiques trop petites à la sortie des volets.
Pour annuler cet effet, on introduit dans le présent système un réglage sur
les
transducteurs medium qui active progressivement ces transducteurs par DSP pour
compenser acoustiquement la perte de contrôle de l'aigu dans sa partie basse.
Dans le présent dispositif, les transducteurs médiums 4 et aigus 1 opèrent sur
une plage
de fréquences commune et un composant DSP fixe les paramètres de magnitude et
de
phase des transducteurs aigu 1 et médium 4 dans la plage de fréquences commune
de
manière à ce que la directivité obtenue par de tels paramètres soit la même
que la directivité
produite par le réglage des volets 6 dans les fréquences aigues. Pour cela, on
combine
électroniquement par DSP au moins les trois points source que sont le
transducteur aigu 1
positionné au centre et les deux transducteurs médium identiques 4 situés de
part et d'autre,
de telle sorte que de manière connue en soi la sommation acoustique résultante
se traduise
par la directivité recherchée.
Le présent traitement consiste en d'autres termes à régler les paramètres de
filtrage,
gain, phase et délai, un délai équivalant à un déphasage dépendant de la
fréquence et un
filtrage équivalant à une magnitude dépendant de la fréquence comme c'est le
cas dans le
présent mode de réalisation. Cette technique peut se généraliser à plusieurs
points source
additionnels qui seraient par exemple positionnés de part et d'autre du
dispositif
précédemment décrit, et ce, de proche en proche, pour gagner le contrôle de
fréquences
encore plus basses, et le corréler aux autres sections. On obtient ainsi un
système de haut-
parleurs à directivité variable non seulement de par la variabilité de
l'orientation des volets,
mais également par la variabilité coordonnée du traitement appliqué par le
composant DSP.
Les transducteurs aigus 1 sont ici alimentés par un composant DSP inclus dans
un
module de commande lequel met en uvre, outre le traitement du signal
numérique,
également une amplification. Le filtre passe-haut de transition entre
fréquences medium et
hautes fréquences est fixé à une valeur Fc. Le gain et le délai de la section
aigue sont réglés
de manière relative à la section medium de manière à ce que la sommation
acoustique soit
la plus favorable sur le secteur angulaire le plus large, 110 dans le présent
exemple. Une
atténuation de gain est mise en oeuvre sur une plage de fréquences [Fc, Frc]
par rapport au
gain nominal sur la plage de fréquences inférieures à Frc, d'une valeur
inférieure à 6 dB
variant selon l'orientation des volets, Frc variant entre Fc et Fc x 2,5 selon
l'orientation des
volets 6. Un délai additionnel est appliqué à la section aigue variant selon
l'orientation des
volets. Les transducteurs médium 4 sont également alimentés par un module de
commande
produisant le traitement du signal numérique et l'amplification, ces modules
étant ici au
nombre de un pour chaque type de transducteur mais pouvant en variante être
remplacé par
une pluralité de modules de commande par exemple associés chacun à un
transducteur
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 7 PCT/FR2013/052604
respectif. Le module de commande est ici disposé de manière externe au système
de haut-
parleurs représenté sur les figures, mais en variante il peut être intégré
dans un tel système
de haut-parleurs.
Si les transducteurs de medium 4 sont associés en parallèle, le filtre passe-
bas de
transition entre fréquences moyennes et hautes fréquences est fixé à Fc, un
filtre passe-bas
de recouvrement entre fréquences du transducteur medium 4 et du transducteur
aigu 1 étant
fixé à la valeur Frc, Frc variant entre Fc et Fc x 2,5 selon l'orientation des
volets 6. Une
atténuation de gain sur la plage [Fc, Frc] par rapport au gain nominal sur la
plage de
fréquence inférieure à Frc est ici mis en oeuvre avec une valeur d'atténuation
supérieure à 6
dB.
Le présent système de haut-parleurs est un système portatif par une ou deux
personnes, à l'aide de poignées disposées aux extrémités du présent système.
Ainsi, on met en oeuvre dans le présent exemple de réalisation les fréquences
et
atténuations données dans le tableau suivant lesquelles fréquences et
atténuations sont
données en fonction de la directivité souhaitée, ces fréquences et
atténuations pouvant
varier en fonction de la configuration physique des transducteurs, les valeurs
étant en outre
données ici pour une valeur de Fc égale à 1kHz.
Secteur angulaire des volets 70 900 110
SECTION MEDIUM :
Fréquence de transition Fc (Hz) Fc Fc Fc
Fréquence de recouvrement Frc (Hz) 2,5 x Fc 2,5 x Fc Fc
Atténuation sur la plage Fc-Frc -11dB -14dB >-30db
SECTION AIGUE
Fréquence de transition Fc (Hz) Fc Fc Fc
Atténuation sur la plage Fc-Frc -3dB -2dB OdB
Délai additionnel de couplage (ms) -0,2 à -0,4 -0,1 à -0,2 0
CA 02928995 2016-04-27
WO 2015/063377 8 PCT/FR2013/052604
Le dispositif décrit combine un réglage mécanique de la source sonore par
l'utilisation
des volets orientables 6 agissant sur la section aigue, et un réglage par
composant DSP des
transducteurs graves 5, médiums 4 et aigus 1, mettant en oeuvre une plage de
fréquences
commune à au moins deux types de transducteurs, laquelle plage de fréquences
commune
étant ici variable en fonction de l'orientation des volets de l'aigu 6. Les
paramètres
mécaniques et électroniques sont ajustés de manière à étendre le contrôle de
directivité
obtenu dans l'aigu aux fréquences moyennes reproduites par les transducteurs
médium 4.
Ainsi on change par composant DSP les paramètres relatifs de magnitude et de
phase des
transducteurs pour obtenir une adéquation entre la directivité de l'aigu et du
médium. Il est
ainsi possible d'ajuster la directivité d'une source sonore contenant un tel
dispositif sur un
secteur angulaire d'étendue située entre 600 et 120 avec un bon contrôle à
partir de 300Hz,
jusqu'à des fréquences excédant 10kHz.
