CA1280376C - Enceinte stereophonique - Google Patents

Abstract

L'enceinte stéréophonique monolithique comporte un premier groupe de transducteurs disposés suivant une première ligne et alimentés par un signal "droit" d'une chaîne Hi-fi ainsi qu'un second groupe de transducteurs disposés suivant une seconde ligne, formant un angle avec la première ligne, et alimentés par un signal "gauche". Les signaux "droit" et "gauche" alimentant les groupes de transducteurs sont en phase et le chemin séparant les zones actives de deux transducteurs associés, est égal à un multiple impair de la demi longueur d'onde d'une fréquence comprise entre 300 et 1000Hz créant ainsi un couplage acoustique pour cette fréquence, entre ces deux transducteurs. Les fréquences de couplage des différents couples de transducteurs sont différentes.

Description

~ao~76 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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- 2 -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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- 3 -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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- 4 -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
:, - - ~
)376 -- 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

l~a~376 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

1~80376 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).

1~8~)376 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.

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 1'~80376 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 1~80376 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.

Claims (14)

1. Enceinte stéréophonique monolithique comportant un pre-mier groupe de transducteurs disposés suivant une pre-mière ligne et alimentés par tout ou partie du signal "droit" d'un amplificateur d'une chaîne Hi-fi ainsi qu'un second groupe de transducteurs disposés suivant une seconde ligne, formant un angle avec ladite pre-mière ligne, et alimentés par tout ou partie d'un si-gnal "gauche" dudit amplificateur, caractérisée par le fait que les signaux "droit" et "gauche" alimentant les groupes de transducteurs sont en phase, par le fait que le chemin séparant les zones actives de deux groupes, de deux transducteurs associés, appartenant chacun à un des groupes est sensiblement égal à un multiple impair de la demi longueur d'onde d'une fréquence comprise entre 300 et 1000 Hz créant ainsi un couplage acous-tique pour cette fréquence, entre ces deux transduc-teurs associés, par le fait que les fréquences de cou-plage des différents couples de transducteurs sont dif-férentes.

2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le chemin séparant les zones actives de deux transducteurs associés et comptés suivant une droite reliant lesdites zones actives par l'intérieur de l'en-ceinte.

3. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le chemin séparant les zones actives de deux transducteurs associés et comptés le long d'un demi cercle relient ces zones actives par l'extérieur de l'enceinte.

4. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, ca-ractérisée par le fait que les haut-parleurs de chaque groupe sont disposés suivant des droites définissant un plan perpendiculaire au plan de symétrie de l'enceinte et à la base de l'enceinte.

5. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, ca-ractérisée par le fait que les haut-parleurs de chaque groupe sont disposés suivant des droites définissant sur un plan perpendiculaire au plan de symétrie de l'enceinte et formant un angle avec la base de celle-ci.

6. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, ca-ractérisée par le fait que les groupes de haut-parleurs sont disposés sur des lignes courbes définissant une surface perpendiculaire au plan de symétrie de l'en-ceinte.

7. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, ca-ractérisée par le fait qu'elle présente la forme géné-rale d'une section d'un prisme triangulaire, tronqué ou non, dont un côté constitue la base, tandis que les deux autres forment les baffles portant les haut-parleurs.

8. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, ca-ractérisée par le fait qu'elle comporte un baffle plan portant les haut-parleurs disposés suivant deux lignes formant un angle entre elles, et par le fait que chaque couple de haut-parleurs est relié par une chambre de résonance accordée sur la fréquence de couplage dudit couple.

9. Enceinte selon la revendication 7, caractérisée par le fait que chaque couple de haut-parleurs est relié par une chambre de résonance accordée sur la fréquence de couplage dudit couple.

10. Enceinte selon l'une des revendicatiosn 1, 2, 3 ou 9, caractérisée par le fait que les couples de haut-parleurs sont disposés de telle façon que les fronts d'onde qu'il émettent soient synchronisés dans le plan de symétrie de l'enceinte.

11. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 9, caractérisée par le fait que les signaux alimentant le couple de haut-parleurs soient décalés dans le temps de façon que les fronts d'onde qu'il émettent soient synchronisés dans le plan de symétrie de l'enceinte.

12. Enceinte selon la revendication 11, caractérisée par le fait qu'elle comporte encore des haut-parleurs ali-mentés en signaux monos pour la restitution fidèle des sons compris entre 20 et 30'000Hz.

13. Enceinte selon la revendication 10, caractérisée par le fait qu'elle comporte encore des couples de haut-parleurs alimentés par des signaux "gauche" respecti-vement "droite" pour la restitution fidèle des sons compris entre 20 et 30'000Hz.

14. Enceinte selon l'une des revendications 1, 2, 3, 9, 12 ou 13, caractérisée par le fait qu'elle comporte un couple de haut-parleurs supplémentaires couplés sur une fréquence comprise entre 300 et 1000Hz, ces haut-parleurs étant alimentés par des signaux gauche res-pectivement droite en opposition de phase.