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La présente invention concerne la stéréphonie et, plus particulièrement, un perfectionnement apporté au système stéréophonique dans le but d'améliorer la qualité de l'ambiance sonore restituée en stéréophonie.
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Comme on le sait, la stéréophonie est un procédé de reproduction de l'ambiance acoustique d'une scène sonore enregistrée qui permet à un auditeur de reconstituer la répartition spatiale des sources sonores formant cette scène. Pour obtenir cet effet, dit stéréophonique, de directivité et de profondeur, il est nécessaire d'enregistrer la scène sonore à reproduire à l'aide d'au moins deux microphones séparés, l'un correspondant à une écoute par l'oreille droite et l'autre à une écoute par l'oreille gauche. Les deux signaux électriques d'audiofréquence issus de ces deux microphones sont enregistrés respectivement sur deux pistes séparées à partir desquelles ils peuvent être lus, traités et appliqués respectivement par un canal droit et par un canal gauche à un haut-parleur droit et à un haut parleur gauche qui reproduisent les sons enregistrés par les microphones en donnant à un auditeur leur faisant face l'impression du relief sonore qu'aurait ressenti un auditeur écoutant la scène sonore au moment de l'enregistrement.
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Tout être humain possède la faculté de localiser en direction, c'est-à-dire en largeur et en profondeur, une source sonore grâce à l'analyse qu'effectue son cerveau à partir des différences entre les messages reçus respectivement par l'oreille droite et l'oreille gauche. La localisation en profondeur est obtenue par l'appréciation inconsciente de l'intensité de la source, qui décroît avec la distance, tandis que la localisation en largeur est obtenue grâce au fait que les ondes sonores parvenant à l'oreille droite et à l'oreille gauche y seront ressenties de façon différente. En effet, les ondes émises sur le côté droit arriveront à l'oreille droite avant d'arriver à l'oreille gauche et leur intensité sera plus grande pour l'oreille droite que pour l'oreille gauche. De même leur phase relative sera différente. Ces trois caractéristiques sont renforcées par la présence de la tête entre les deux oreilles. Celle-ci, en effet, constitue un obstacle et joue le rôle d'un filtre de fréquence : les sons arrivant de la droite seront plus bruyants pour l'oreille droite et plus sourds pour l'oreille gauche car la tête absorbe les sons aigüs.
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Bien entendu, des solutions ont été apportées à ces divers problèmes par un traitement électronique approprié des signaux électriques des canaux droit et gauche avant que les informations sonores qu'ils contiennent ne soient reproduites par les haut-parleurs.
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Toutefois, un autre problème subsiste. En effet, un auditeur écoutant une ambiance sonore naturelle entendra une source sonore localisée comme étant émise d'un point unique de l'espace. Or, un auditeur écoutant la même ambiance sonore reproduite de façon stéréophonique entendra la même source sonore émise cette fois de deux points de l'espace puisqu'elle aura été enregistrée par deux microphones éloignés l'un de l'autre et reproduite par deux hauts-parleurs éloignés également l'un de l'autre.
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Etant donné qu'un même son, lorsqu'il est reproduit en stéréophonie, est issu de deux points de l'espace, donc perçu de façon différente, il existe, du fait de la distance séparant les deux haut-parleurs, un déphasage artificiel qui n'existe pas dans la scène sonore normale mais, de plus, en raison de la présence de deux sons émis simultanément pour un même son, on peut considérer que des informations supplémentaires, pouvant être qualifiées de parasites, seront perçues par l'auditeur et interprétées par son cerveau qui, de ce fait, ne reconstituera pas exactement l'ambiance sonore de la scène telle qu'elle existe dans les conditions naturelles, lors de son enregistrement.
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La présente invention a donc pour objet un procédé pour améliorer la qualité de restitution de l'ambiance acoustique d'une scène sonore dans un système de reproduction stéréophonique comprenant deux ensembles de transducteurs électro-acoustiques de reproduction disposés à distance l'un de l'autre pour restituer simultanément les informations sonores contenues dans deux signaux d'audiofréquence qu'ils reçoivent par l'intermédiaire d'un canal droit et d'un canal gauche et qui correspondent respectivement à une partie droite et à une partie gauche de ladite scène sonore.
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Selon la présente invention, on découpe en zones successives et contiguës chacun des spectres de fréquence des canaux droit et gauche avant d'appliquer les signaux d'audiofréquence de ces derniers aux ensembles de transducteurs, le nombre de zones d'un des spectres étant égal au nombre de zones de l'autre spectre, et on reproduit simultanément les informations sonores des deux spectres à raison d'une zone sur deux dans chacun d'eux et de manière telle que, lorsqu'une zone de l'un des spectres est reproduite acoustiquement, la zone correspondante de l'autre spectre ne l'est pas, les deux spectres étant ainsi reproduits acoustiquement en simultanéité mais d'une façon alternée et complémentaire.
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Selon une caractéristique de la présente invention, le nombre de zones est au moins égal à trois.
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Selon une autre caractéristique de la présente invention, chaque transducteur dans chaque ensemble est accordé sur la ou les plages de fréquence qui leur correspondent.
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La présente invention a encore pour objet un appareil de stéréophonie agencé de manière à améliorer la qualité de restitution de l'ambiance acoustique d'une scène sonore, cet appareil comprenant deux ensembles de transducteurs électro-acoustiques de reproduction disposés à distance l'un de l'autre pour restituer simultanément les informations sonores contenues dans deux signaux d'audio-fréquence qu'ils reçoivent séparément et simultanément par l'intermédiaire d'un canal droit et d'un canal gauche et qui correspondent respectivement à une partie droite et à une partie gauche de ladite scène sonore enregistrée.
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Conformément à la présente invention, des moyens découpent en zones successives et contiguës chacun des spectres de réponse en fréquence desdits canaux avant d'appliquer ces signaux aux deux ensembles de transducteurs électro-acoustiques, le nombre de zones de l'un des spectres étant égal au nombre de zones de l'autre spectre les zones des spectres étant appliquées sélectivement et simultanément aux ensembles respectifs de transducteurs électro-acoustiques à raison d'une zone sur deux dans chaque spectre et de manière telle que lorsque l'une des zones d'un des spectres est reproduite la zone correspondante de l'autre spectre ne l'est pas, les deux spectres étant ainsi reproduits acoustiquement et simultanément mais de façon alternée et complémentaire.
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Selon une caractéristique de la présente invention, le nombre de zones dans chaque spectre est au moins égal à trois.
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Selon une autre caractéristique de la présente invention, chaque transducteur est formé par un haut-parleur et par un résonateur accordés sur la plage de fréquence de la ou des zones qui leur correspondent.
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Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, les moyens pour découper les spectres en zones sont des ensembles droit et gauche de filtres électroniques reliant les canaux droit et gauche aux ensembles droit et gauche de transducteurs électroacoustiques de reproduction.
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Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, des moyens appliquent sélectivement les signaux d'audiofréquence aux ensembles respectifs de transducteurs électro-acoustiques et ces ensembles sont des séries de contacteurs électriques, l'ordre d'ouverture et de fermeture de l'une des séries de contacteurs étant l'inverse de l'ordre d'ouverture et de fermeture de l'autre série de contacteurs.
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Selon une autre caractéristique encore de la présente invention, un moyen de commutation est prévu pour inverser l'ordre d'ouverture et de fermeture de chacun des ensembles de contacteurs.
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Pour mieux faire comprendre la présente invention, on va maintenant la décrire à titre purement illustratif et non limitatif en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique pour expliquer le principe de la stéréophonie;
- la figure 2 est une vue représentant la partie reproduction du son d'un appareil stéréophonique classique;
- la figure 3 est une vue de la partie reproduction du son d'un mode de réalisation d'un appareil stéréophonique selon la présente invention; et
- la figure 4 est une vue représentant la partie reproduction du son d'un autre mode de réalisation de l'appareil stéréophonique selon la présente invention;
- la figure 5 est un schéma pour expliquer une variante de réalisation dans laquelle le nombre de zones dont ont été divisés les spectres de réponse en fréquence est supérieur au nombre de transducteurs de restitution de son.
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Pour bien faire comprendre la présenté invention,on va tout d'abord expliquer le principe de l'enregistrement et de la reproduction stéréophonique des sons en se référant à la figure 1. Sur cette figure, on voit que l'ambiance sonore d'une scène acoustique A, représentée schématiquement en traits interrompus, est captée par deux microphones Md et Mg correspondant respectivement à l'oreille droite et à l'oreille gauche. Les signaux électriques d'audiofréquence issus de ces deux microphones sont traités dans des circuits appropriés des canaux droit et gauche Ced et Ceg d'enregistrement et appliqués à un appareil d'enregistrement où ils sont mémorisés sur deux pistes séparées, droite et gauche, d'un support d'enregistrement qui peut être un disque d'enregistrement analogique ou numérique, une bande magnétique ou autre support analogue. Les deux signaux d'audiofréquence fournis par les canaux droit et gauche pourraient aussi être traités de façon appropriée en vue d'une transmission par voie hertzienne. Les informations acoustiques mémorisées sur le support sont lues dans un appareil de lecture L qui peut être un électrophone, un magnétophone ou un autre appareil analogue ou, dans le cas d'une transmission hertzienne, un récepteur de radiodiffusion, et les signaux électriques d'audiofréquence obtenus à partir de ces appareils sont traités de façon appropriée dans des canaux droit et gauche Crd et Crg de reproduction du son pour être appliqués à deux haut-parleurs Hpd et Hpg qui restituent les sons enregistrés par les microphones Md et Mg en reconstituant, pour un auditeur se trouvant dans la zone A′ représentée en traits interrompus, l'ambiance sonore qui était celle de la zone A au moment de l'enregistrement.
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On va supposer qu'une source sonore localisée, par exemple un instrument de musique, se trouve au point S dans la zone A à une certaine distance d'un auditeur se trouvant au point P1 dans cette zone d'enregistrement A. Un auditeur P2 se trouvant dans la zone de reproduction A′, face au haut-parleur, reconstituera dans son cerveau grâce à l'effet stéréophonique, le son de la source sonore S en la situant dans l'espace, tant en direction qu'en "largeur ". On voit cependant que le son de la source sonore localisée S dans la zone A est émis à partir d'un seul point de cette zone tandis que dans la zone A′ le même son de la source sonore S, qui a été'enregistré par les deux microphones, est finalement émis par les haut-parleurs à partir de deux points séparés.
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Dans ces conditions, comme on l'a expliqué, du fait de la distance qui sépare les deux haut-parleurs et qui introduit un déphasage entre le même son émis simultanément de deux points différents et du fait également de cette dualité d'écoute en sétéréophonie pour un son émis d'un point unique dans des conditions d'écoute naturelle, le système sensoriel auditif de l'auditeur au point P2 ne reconstituera pas le son de la source sonore S de la même façon qu'il l'aurait reconstitué dans le cas de l'auditeur au point P1, et l'auditeur au point P2 n'obtiendra pas la qualité d'une reproduction acoustique stéréophonique à laquelle il pourrait prétendre.
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La présente invention a pour objectif d'apporter à ce problème la solution que l'on va décrire en détail ci-après.
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Sur la figure 2, on a représenté la partie reproduction du son du système stéréophonique de la figure 1. Les signaux d'audiofréquence droit et gauche Sid et Sig, appliqués aux entrées Ed et Eg à partir de l'appareil de lecture L, ou d'un récepteur de radiodiffusion dans le cas d'une transmission par voie hertzienne, sont amplifiés et traités de façon appropriée dans les canaux Crd et Crg. On a représenté sur la figure 2, à la sortie de ces canaux, les spectres de réponse en fréquence de ces derniers. Les signaux Sid et Sig sont ensuite appliqués, par l'intermédiaire d'ensembles de filtres Fd et Fg à deux ensembles respectifs Trd et Trg de transducteurs électro-acoustiques.
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Ces transducteurs sont habituellement des haut-parleurs munis de résonateurs et sont conçus pour fonctionner dans des plages de fréquence particulière pour lesquelles leur géométrie a été étudiée. Dans l'exemple représenté, ces transducteurs sont au nombre de cinq, mais ce chiffre est tout à fait arbitraire et pourrait être différent. Cependant, pour la mise en oeuvre de la présente invention, il n'est pas inférieur à trois. Dans ce dernier cas, les haut-parleurs et leurs résonateurs sont conçus pour reproduire respectivement les plages d'audiofréquence qui correspondent dans le registre des sons aux basses, aux médium et aux aigus, comme il est classique dans la reproduction des sons avec une bonne qualité en haute fidélité.
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Le nombre de filtres Fd1 à Fd5 et Fg1 à Fg5 de chaque ensemble de filtres Fd et Fg est égal au nombre de transducteurs Hd1 à Hd5 et Hg1 à Hg5 des ensembles Trd et Trg, respectivement, et ces filtres sont généralement des filtres actifs qui découpent le spectre de réponse en fréquence en autant de zones Zd1 à Zd5 et Zg1 à Zg5 qu'il y a de transducteurs dans les ensembles Trd et Trg, comme le montrent les spectres de réponse en fréquence représentés au-dessus et en dessous de ces ensembles Trd et Trg sur la figure 2.
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On peut voir aussi clairement sur cette figure que toutes les zones ou plages de fréquence Zd1 à Zd5 et Zg1 à Zg5, dont les spectres Spd et Spg ont été en quelque sorte découpés par les filtres Fd1 à Fd5 et Fg1 à Fg5 des ensembles de filtres Fd et Fg, sont appliquées aux transducteurs respectifs qui leur correspondent et sont reproduits par ces derniers. Le contenu sonore des deux spectres de réponse en fréquence des canaux droit et gauche pour les deux signaux Sid et Sig enregistrés par les microphones Md et Mg sont donc restitués dans leur itégralité simultanément par les ensembles des hauts-parleurs Trd et Trg avec, pour un auditeur se trouvant face aux ensembles de transducteurs, l'inconvénient mentionné précédemment de la reproduction d'une source sonore émise de deux points dans l'espace à la reproduction alors qu'elle n'était émise que d'un seul point dans l'espace lors de l'enregistrement.
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La figure 3 représente schématiquement le principe de base de la présente invention. L'appareil représenté sur cette figure comporte les mêmes composants que l'appareil de la figure 2, à savoir un bornier d'entrée (Ed, Eg) à partir duquel deux signaux d'audiofréquence droit et gauche Sid et Sig sont acheminés jusqu'à deux ensembles de filtres droit et gauche Fd et Fg par deux canaux droit et gauche Crd, Crg où ils sont appliqués à deux ensembles droit et gauche Trd et Trg de transducteurs électro-acoustiques après que les spectres de réponse en fréquence Spd et Spg des deux canaux aient été découpés, c'est-à-dire divisés, en autant de zones qu'il y a de transducteurs Hd1 à Hd5 et Hg1 à Hg5 dans les ensembles respectifs Trd et Trg.
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Toutefois, conformément à la présente invention, comme on peut le voir sur la figure 3, les filtres Fd1 à Fd5 et Fg1 à Fg5 ne sont pas tous connectés aux transducteurs acoustiques Hd1 à Hd5 et Hg1 à Hg5 respectifs dans les deux ensembles comme c'était le cas dans l'appareil précédent. Ainsi, en ce qui concerne le canal droit Crd, les filtres Fd1, Fd3 et Fd5 sont connectés aux transducteurs électro-acoustiques Hd1, Hd3 et Hd5. Par contre, en ce qui concerne le canal gauche Crg, seuls les filtres Fg2 et Fg4 sont connectés aux transducteurs acoustiques Hg2 et Hg4. Il s'ensuit que seules les zones du spectre correspondant à ces transducteurs dans chaque ensemble Trd, Trg donneront lieu à une reproduction sonore des informations acoustiques contenues dans les signaux d'audiofréquence Sid et Sig. Ces zones actives des spectres ont été représentées hachurées sur la figure. Ainsi, seules les zones Zid1, Zid3 et Zd5 du spectre Spd feront l'objet d'une restitution de son pour le canal droit Crd et seules les zones Zg2 et Zg4 du spectre Spg font l'objet d'une reproduction sonore pour le canal gauche Crg.
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On voit donc que les deux spectres sont restitués acoustiquement en simultanéité mais de façon alternée et complémentaire, à raison d'une zone sur deux dans chaque spectre.
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On remarquera que chacun des ensembles Trd et Trg de transducteurs électro-acoustiques comprend des transducteurs "actifs" et des transducteurs "inactifs". En fait, on maintient la présence de ces derniers dans les ensembles Trd et Trg afin d'utiliser la résonance de ces transducteurs aux harmoniques des sons émis par les transducteurs actifs voisins.
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Les auteurs de la présente invention ont constaté que la qualité de la restitution stéréophonique d'une scène sonore enregistrée se trouve améliorée d'une façon surprenante en apportant ainsi au problème mentionné précédemment une solution qui place le système sensoriel auditif d'un auditeur dans des conditions plus proches d'une écoute dans une ambiance sonore naturelle que dans le cas d'une écoute stéréophonique classique.
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La figure 4 représente une variante de réalisation de l'appareil conforme à la présente invention. Sur la figure 3, les zones donnant lieu à une reproduction sonore, c'est-à-dire les zones Zd1, Zd3 et Zd5 pour le spectre Spd du canal droit et Zg2, Zg4 pour le spectre Spg ont été choisis arbitrairement dans l'exemple choisi.
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Avec l'appareil représenté en figure 4, on a prévu pour les canaux droit et gauche des moyens supplémentaires, sous forme de deux ensembles droit et gauche Cd et Cg de contacteurs entre les filtres Fd et Fg, d'une part, et les ensembles respectifs Trd et Trg de transducteurs électro-acoustiques, d'autre part. Ces ensembles Cd et Cg comprennent des séries de contacteurs Cd1 à Cd5 et Cg1 à Cg5 qui, dans chacun de ces ensembles, sont ouverts et fermés de façon alternée, comme on peut le voir sur cette figure 4, l'ordre d'ouverture et de fermeture des contacteurs de l'ensemble Cd étant l'inverse de l'ordre d'ouverture et de fermeture de l'autre ensemble Cg. Cet ordre d'ouverture et de fermeture peut être inversé à l'aide d'un dispositif de commande de commutation classique approprié Cm dont la conception et la réalisation ne présentent pas de difficultés techniques pour l'homme de métier et qui, par conséquent, ne sera pas décrit. De même, la réalisation des ensembles Cd et Cg de contacteurs est à la portée de l'homme de métier et l'exemple représenté est purement illustratif. Il suffit que dans la série de contracteurs, les contacts mobiles (ici Cdm1, Cdm2, Cdm3 et Cmg1, Cmg2, Cmg3) ferment simultanément un circuit sur deux de façon alternée. Bien entendu, on pourrait utiliser, à la place des dispositifs électromécaniques représenté, des dispositifs de commutation à l'état solide, y compris des dispositifs classiques à circuits intégrés. En ce qui concerne les autres composants de l'appareil, ceux-ci sont en tous points identiques à ceux de l'appareil représenté sur la figure 3. Grâce aux moyens de sélection Cd et Cg adjoints à l'appareil de la figure 3, il est maintenant possible d'inverser l'ordre des zones des spectres Spd et Spg et, comme on peut le voir sur la figure 4, cette fois ce sont les zones hachurées Zd2 et Zd4 du spectre Spd qui donnent lieu à une reproduction sonore pour le canal droit et les zones hachurées Zg1, Zg3 et Zg5 du spectre Spg qui font l'objet d'une reproduction sonore pour le canal gauche, cette disposition augmentant les possibilités de l'appareil et de la mise en oeuvre du procédé selon la présente ivention tout en visant le même objectif.
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Les modes de réalisation décrits ci-dessus correspondent au cas idéal où le nombre de transducteurs de chaque ensemble Trd et Trg est égal au nombre de zones de chaque spectre Spd et Spg. On pourrait cependant diviser chaque spectre Spd et Spg en un nombre plus élevé de zones et il ne sort pas du cadre de la présente invention que le nombre de transducteurs soit inférieur au nombre de zones. Dans ce cas, on pourrait appliquer à un transducteur d'un des ensembles de transducteurs, par exemple Trd, plusieurs zones du spectre correspondant Spd. Les zones complémentaires du spectre Spg seraient alors appliquées au transducteur complémentaire de l'autre ensemble Trg.
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Ainsi, en figure 5, on a représenté, à titre illustratif, un spectre Spd divisé en onze zones et un spectre Spg divisé également en onze zones. Cependant, cette fois les ensembles de transducteurs Trd et Trg ne comportent que deux transducteurs. On a montré, par des flèches, comment les zones sont appliquées aux transducteurs de façon complémentaire et alternée conformément aux principes de la présente invention permettant ici encore d'obtenir les résultats recherchés.
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Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention.
