EP0606387B1 - Systeme de prise de son, et appareil de prise et de restitution de son - Google Patents

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EP0606387B1
EP0606387B1 EP92921887A EP92921887A EP0606387B1 EP 0606387 B1 EP0606387 B1 EP 0606387B1 EP 92921887 A EP92921887 A EP 92921887A EP 92921887 A EP92921887 A EP 92921887A EP 0606387 B1 EP0606387 B1 EP 0606387B1
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EP
European Patent Office
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sound
phase shift
microphones
symmetry
signals
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EP92921887A
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Frédéric Zurcher
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Prescom
Original Assignee
Prescom
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Publication date
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    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/401—2D or 3D arrays of transducers

Definitions

  • the present invention relates to a sound recording system.
  • the invention also relates to a sound pickup and restitution apparatus comprising such a system.
  • the present invention has a main application in the field of audio conferencing, in which a sound pickup and playback device is included in a single set of relatively small dimensions.
  • This assembly must be able to be placed easily on a table and operate in any room without the need for acoustic treatment of these premises.
  • this type of device does not fulfill conditions 2 (because of the 180 ° phase differences between speakers, the radiation pattern of the speaker assembly will not be circular in the horizontal plane and will depend significantly on the frequencies emitted) and 3 (because the microphone picks up both direct and indirect reflected sounds, which means that the quality of the sound picked up by the microphone depends too much largely from the position of the speaker in the room and the configuration of this room).
  • this system does not provide for configuration in the case where several microphones are used.
  • an important characteristic of this system is that, with each microphone, there is necessarily associated a loudspeaker and that the technique implemented requires that the sound signals picked up by the microphones be transmitted to the loudspeakers. associated. This arrangement constitutes a local sound system which is not desirable in so-called "hands-free" or audio conference devices.
  • a main object of the present invention is to provide a sound recording system which gives rise to low sensitivity to sounds arriving in a predetermined direction.
  • Another object of the invention is that, in a plane perpendicular to the predetermined direction, a sensitivity varying relatively little is obtained as a function of the direction from which the sounds originate and as a function of the frequency components of these sounds.
  • the present invention aims to provide a sound pickup system whose structure substantially prohibits the passage of vertical components to each microphone while leaving any possibility of processing the horizontal components.
  • the invention thus provides a sound recording system, comprising several sound reception devices, in number n greater than two and arranged, at regular intervals, on a circumference centered with respect to a direction of symmetry, and processing means to process the signals coming from the sound reception devices, these processing means being arranged to apply a phase shift of 360 ° / n between the signals coming respectively from any two adjacent sound reception devices and to add the signals thus phase shifted obtaining substantially uniform and undiminished reception of signals relating to components parallel to the P plane regardless of the direction of the waves and a substantially zero reception of the signals relating to the components parallel to the line of symmetry, sensed acoustic waves, characterized in that the sound reception devices comprise microphones arranged in the same plane perpendicular to the direction of symmetry, each microphone being housed in a cavity open on one side facing a flat plate reflecting the sound waves and arranged parallel to the plane P in which the sound receiving devices are located.
  • each microphone in a cavity open on one side facing a flat plate reflecting sound waves and arranged parallel to the plane in which the sound receiving devices are located, the vertical components of the sound signals cannot pass in each of the cavities and the horizontal components can be treated without difficulty.
  • the incident sounds in the direction of symmetry reach them in phase and with the same intensity. Consequently, due to the applied phase shifts and the addition of the phase-shifted signals, these incident sounds in the direction of symmetry are substantially eliminated after the processing.
  • the incident sounds perpendicular to the direction of symmetry reach the various reception devices with phase and / or amplitude differences between these devices. These sounds are therefore preserved and correctly taken into account.
  • this structure makes it possible to obtain a regular radiation diagram in a plane perpendicular to the direction of symmetry.
  • the invention provides a sound pickup and playback device, comprising sound pickup means and sound playback means comprising at least one speaker characterized in that said sound pickup means comprise a system according to the first object of the invention, with a direction of symmetry (D).
  • This device can be used for audio conferences and satisfies very satisfactorily the criteria, 1 to 4 listed at the beginning.
  • the apparatus comprises a housing 1, a body 2 in which are housed several devices for receiving sound M1, M2, M3, M4, and an element 3 in which is mounted a loudspeaker 4.
  • the body 2 and the element 3 have a general shape of revolution around a direction of symmetry D.
  • the element 3 is mounted on the body 2 which is itself mounted on the housing 1.
  • Des Phonically insulating, and / or mechanically damping materials such as 5, can be interposed between the element 3 and the body 2, or even between the body 2 and the upper part of the housing 1.
  • the device has a structure symmetrical around direction D to minimize the effect of mechanical vibrations which can affect the signals produced by microphones M1, M2, M3, M4.
  • the housing 1 has at its lower part feet 6 of rubber or the like for placing the device on a horizontal surface such as a table.
  • the direction of symmetry D is then vertical.
  • Electrical circuits 7, 8 are mounted inside the housing 1. These circuits can be connected as shown diagrammatically at 9, 10 in FIG. 1, to an external audio conference system, not shown, with which the device operates according to the invention. 'invention.
  • These circuits include an amplification circuit 7 which receives signals from the audio conference system and sends them in amplified form to the loudspeaker 4 so that the latter emits the corresponding sounds, and processing means 8 for processing the signals. from the M1, M2, M3, M4 sound reception devices and send them after processing to the audio conference system.
  • the amplification circuit 7 can include, to increase listening comfort, a cell electronic correction of the response curve of the loudspeaker 4, in particular to reinforce the low frequencies and to suppress possible resonances or anti-resonances.
  • conventional means of echo cancellation are generally mounted between circuits 7 and 8.
  • each sound reception device consisting of a single microphone M1, M2, M3, M4.
  • These four microphones M1, M2, M3, M4 are all arranged in the same horizontal plane P perpendicular to the direction of symmetry D.
  • the four microphones M1, M2, M3, M4 are distributed symmetrically with respect to the direction of symmetry D, which is perpendicular to the plane of Figure 2. These four microphones are located on a circumference 13 parallel to the plane P and centered on the direction of symmetry D. These four microphones are associated in pairs, respectively M1, M3 and M2, M4, the microphones of each pair being arranged symmetrically with respect to the direction of symmetries D, and the two pairs of microphones being arranged along two radial lines 14, 15 forming between them a right angle.
  • Each of the microphones M1, M2, M3, M4 is housed in a respective cavity 12 machined in the body 2.
  • This body 2 is metallic, for example made of brass. It is traversed by an axial bore 16 in the direction of symmetry D, and it further comprises four radial bores 17, each extending between the axial bore 16 and one of the four cavities 12.
  • the axial bore 16 serves the passage of the connection wires (not shown) of the loudspeaker 4 to the amplification circuit 7, with a corresponding bore 18 provided at the base of the element 3.
  • the axial bore 16 and the four radial bores 17 are used for the passage of the connection wires (not shown) of the microphones M1, M2, M3, M4, to the processing means 8 located in the housing 1.
  • the four microphones M1, M2, M3, M4 are of the condenser type, and have a small dimension (for example a cylindrical shape with a diameter of 6 mm, and a height of 4.5 mm). It is known that, for a given production series, such microphones have substantially the same response curve, with an offset between them not exceeding 3 to 4 decibels. To make the device, it is therefore easy to sort four microphones having identical response curves to within a predetermined tolerance (for example 0.5 decibel).
  • the body 2 is mounted on a flat metal plate 20, parallel to the plane P of the microphones and constituting the upper face of the housing 1.
  • the cylindrical body 2 has an axial cylindrical extension 21, of smaller diameter which rests on this flat plate 20 and which defines a spacing 22 between the flat plate 20 and the surface 23 of the body 2 which is parallel to the plane P, and on which the machined cavities open 12.
  • the extension 21 of the body 2 provides a certain acoustic insulation between the microphones M1 , M2, M3, M4 vis-à-vis the sounds arriving in a plane perpendicular to the direction of symmetry D. As can be seen in FIG.
  • the cavities 12 have an axial height greater than the height of the cylinders of the microphones M1 , M2, M3, M4, and the latter are pressed into their respective cavities 12 so as to leave a gap 24 between the side of each microphone facing the plate 20 and the surface 23 defining the bor d of the cavities 12.
  • each cavity 12 extends into a portion 25 of diameter weaker which defines a shoulder against which the rear face of the microphone rests, and into which the radial bore 17 opens, thus giving space for the connection wires not shown.
  • the element 3 mounted above the body 2 forms a resonance box for the loudspeaker 4.
  • the loudspeaker 4 is mounted in the element 3 in the direction of symmetry D, and oriented in this direction of symmetry D , opposite the plane P where the microphones M1, M2, M3, M4 are located.
  • the membrane 29 of the speaker 4 which has a shape of revolution around an axis, is arranged in the element 3 so that this axis coincides with the direction of symmetry D of the device, the edge outer 30 of this membrane 29 being located in a plane perpendicular to the direction of symmetry D.
  • this outer edge 30 of the membrane 29 is typically between 100 and 150 mm above the horizontal surface on which the device is placed.
  • a protective grid 32 is mounted at the top of the element 3 to protect the membrane 29 of the loudspeaker 4.
  • the external peripheral surface 33 of the element 3 has a concave curvature and is tangentially connected to the external peripheral surface of the body 2, this external peripheral surface of the body 2 being a cylinder defined by generatrices substantially parallel to the direction of symmetry D.
  • the processing means 8 for the signals from the microphones M1, M2, M3, M4 are shown diagrammatically in FIG. 3. These processing means comprise on the one hand two differential preamplifiers A13, A24 and two phase shift channels D13, D24 for applying a phase shift between the signals from different microphones respectively, and on the other hand an adder circuit 40 provided for summing the phase-shifted signals coming from the phase-shifting channels D13, D24. At the output of the adder circuit 40 is mounted a circuit 41 which formats the signals with a view to their transmission to the external audio conference system.
  • the phase shifts applied and the addition carried out are such that the signals relating to any sound wave arriving in phase and with the same intensity on each of the microphones M1, M2, M3, M4 are substantially canceled at the output of the circuit. adder 40.
  • the sounds emitted by the speaker 4 and reflected by the horizontal ceiling located above the device reach the four microphones in the direction of symmetry D and have, taking into account the symmetrical arrangement of the microphones, an identical phase and intensity on each of the microphones. Consequently, these reflected signals are advantageously eliminated from the output signal from the processing circuit 8.
  • the symmetrical structure of the sound pickup system ensures that the mechanical vibrations of the device will reach each of the microphones in an identical manner. Consequently, the effect of these vibrations on the microphones is also eliminated from the output signal of the processing circuit 8.
  • a differential preamplifier A13 (respectively A24) has two inputs E1, E3 (respectively E2, E4) each connected to one of the microphones M1, M3 (respectively M2, M4) of a pair of microphones arranged in diametrically opposite position with respect to the direction of symmetry D.
  • the differential preamplifiers A13, A24 preamplify the output signals of the microphones, eliminating certain parasites present in these output signals, and produce output signals S13 and S24 which are proportional to the difference between the input signals they receive from microphones.
  • each differential preamplifier A13 applies a phase shift of 180 ° between the signals from the microphones M1, M3 (respectively M2, M4) and adds the signals thus phase shifted, which substantially cancels the signals relating to any sound wave arriving in phase and with the same intensity on each of the microphones M1, M3 (respectively M2, M4) constituting the pair.
  • the outputs of the differential preamplifiers A13, A24 are respectively connected to the inputs of two phase shift channels D13, D24.
  • the phase shifting channel D13 receives the output signal S13 from the differential preamplifier A13 and applies to it a frequency-dependent phase shift to transmit an output signal SD13.
  • phase shifting channel D24 receives the output signal S24 from the differential preamplifier A24, and applies to it a frequency dependent phase shift to transmit an output signal SD24. Even if the output signals SD13 and SD24 have individually received a frequency-dependent phase shift, the phase shift channels D13, D24 are arranged so that their respective output signals SD13, SD24 have between them a phase shift relatively independent of the frequency. In the example with four microphones described here, this phase shift independent of the frequency is equal to 90 °.
  • the phase shifted output signals SD13, SD24 are sent to two inputs of the adder circuit 40.
  • the latter sends an output signal ST equal to the sum of these two signals SD13, SD24.
  • This sum ST is therefore a combination of the signals from the four microphones M1, M2, M3, M4 in which a phase shift of 90 ° exists between the signals from respectively two microphones any adjacent. In this combination, therefore, the contributions of the sounds reaching the microphones in the direction of symmetry D and the effects of symmetrical mechanical vibrations are eliminated.
  • this combination ST takes homogeneous account of the sound signals, whatever their direction of incidence in this plane.
  • the sounds emitted by speakers are thus taken into account satisfactorily whatever the position of these speakers relative to the device, while the echoes from the loudspeaker. speaker are substantially eliminated.
  • the arrangement of the microphones M1, M2, M3, M4 in the body 2 and the presence of the pressure zones between this body 2 and the metal plate 20 reflecting the sound waves largely eliminate the indirect echoes reaching the microphones.
  • the cylindrical body 2 has an outside diameter of 54 mm
  • the four microphones are placed on a circumference 13 of diameter 46 mm
  • the extension 21 of the body 2 has a diameter of 36 mm and an axial height d 'about 2 mm defining the spacing 22
  • the cavities 12 have a diameter of 6.mm coinciding with that of the microphones and an axial height allowing to leave an interval 24 of about 3 mm.
  • the variation of the total combined signal for all the microphones as a function of the direction of incidence in a plane perpendicular to the direction of symmetry D is only ⁇ 0.5 decibel in the entire frequency band. corresponding to telephone frequencies. If this possible frequency band is widened up to 7000 hertz, there is only a variation of ⁇ 2.5 decibels, which can be further reduced by decreasing the dimensions of the assembly mounting microphones.
  • the detailed structure of the differential preamplifier A13 is shown in FIG. 4, it being understood that the differential amplifier A24 has an identical structure.
  • the inputs E1, E3 of the differential preamplifier A13 are each connected to the positive input terminal of an operational amplifier 45, 46, and are moreover connected to each other by two resistors 47, 48 connected in series and having the same ohmic value .
  • the connection point of these two identical resistors 47, 48 is connected to ground.
  • the negative input terminals of the operational amplifiers 45, 46 are connected together by a resistor r.
  • Each of the two operational amplifiers 45, 46 has its output terminal connected by a feedback resistor R to its negative input terminal.
  • the differential preamplifier A13 comprises a third operational amplifier 49, the output of which delivers the output signal S13 from the differential preamplifier A13.
  • the positive input terminal of this third operational amplifier 49 is connected via a resistor 50 to the output terminal of the operational amplifier 45, the positive input terminal of which is connected to the microphone M1.
  • the negative input terminal of the third operational amplifier 49 is connected, via a resistor 51 having the same ohmic value as the resistor 50 above, to the output terminal of the operational amplifier 46 including the terminal d the positive input is connected to the microphone M3.
  • the positive input terminal of the third operational amplifier 49 is also connected to ground via a resistor 52 having the same ohmic value as the above-mentioned resistors 50, 51.
  • the output terminal of the third operational amplifier 49 is further connected to its negative input terminal by a feedback resistance 53 having the same ohmic value as the above resistors 50, 51, 52.
  • FIG. 4 does not represent the power supplies of the microphones M1, M3 and the operational amplifiers 45, 46, 49.
  • This assembly of the differential preamplifier A13 represented in FIG. 4, achieves the desired difference between the output signals of the microphones M1, M3, by additionally eliminating the parasites present jointly in these signals.
  • the preamplification gain can be chosen as large as desired by choosing the 2R / r ratio.
  • phase shift channels D13, D24 are shown diagrammatically in FIG. 7.
  • Each of these phase shift channels D13, D24 consists of an association in alternating series of all-pass cells of a first type PT1 (FIG. 5) and of a second type PT2 ( Figure 6), each all-pass cell having a gain equal to 1, regardless of the frequency of the voltage signals applied.
  • an all-pass cell PT1 has its input connected on the one hand to the negative input terminal of an operational amplifier OA1 by means of a resistance of ohmic value r 1 , and d on the other hand to the positive input terminal of this operational amplifier OA1 by means of a resistance of ohmic value R 1 .
  • the output of the all-pass cell PT1 is constituted by the output terminal of the operational amplifier OA1, which is connected to its negative input terminal by a feedback resistor of ohmic value r 1 .
  • the positive input terminal of the operational amplifier OA1 is also connected to ground via a capacitor of capacity C 1 .
  • This all-pass cell PT1 introduces between its output and input signals a phase shift depending on the frequency of the input signal and between 0 ° for a frequency tending towards zero and 180 ° for a frequency tending towards infinity.
  • an all-pass cell of the PT2 type has its input connected on the one hand to the negative input terminal of an operational amplifier OA2 by means of a resistance of ohmic value r 2 , and on the other hand to the positive input terminal of this operational amplifier OA2 by means of a capacitor of capacitance C 2 .
  • the output of the all-pass cell PT2 is constituted by the output terminal of the operational amplifier OA2 which is connected to its negative input terminal by means of a feedback resistor having an ohmic value r 2 .
  • the positive input terminal of this operational amplifier OA2 is also connected to ground via a resistor with an ohmic value R 2 .
  • the PT2 cell introduces between its output and input signals a phase shift depending on the frequency of the input signal and between 180 ° for a frequency tending towards zero and 360 ° for a frequency tending towards infinity.
  • the phase shift channel D13 successively comprises a all-pass cell PT1A of the PT1 type, a all-pass cell PT2B of the PT2 type, and a all-pass cell PT1C of the PT1 type.
  • the phase shift channel D24 successively comprises a PT2A all-pass cell of PT2 type, a PT1B all-pass cell of PT1 type, and a PT2C all-pass cell of PT2 type.
  • the all-pass cells PT1A, PT2B, PT1C or PT2A, PT1B, PT2C associated in series in each phase shift channel D13, D24 comprise at least one set of all-pass cells which, considered in ascending order of their frequencies reference, are alternately of the first PT1 and of the second type PT2 and have reference frequencies in geometric progression according to an identical reason K for the two phase shift channels D13, D24.
  • FIGS. 8 to 11 are sectional views similar to FIG. 2.
  • six microphones 100 are used which are arranged geometrically at the vertices of a regular hexagon centered on the direction of symmetry D. These six microphones 100 can also be associated in pairs, each consisting of two diametrically opposed microphones relative to direction D, the output signals of the two microphones of each pair being subtracted from each other as described above.
  • the phase shifting channels are then arranged to apply a 60 ° phase shift between the signals obtained by subtraction relative to each pair of microphones 100, which makes it possible to obtain substantially the same advantages as in the example with four microphones described with reference to the figures. 1 to 7.
  • n pairs of sound receiving devices can be provided at regular intervals along a circumference 13 centered on the direction of symmetry D, n denoting an integer at least equal to two, the processing means 8 then being arranged to apply a phase shift of 360 ° / 2n between the signals originating respectively from any two adjacent sound reception devices.
  • the metal body 102 in which the cavities 112 receiving the various are machined microphones 100 may have a general shape different from the cylindrical shape described above.
  • the diameter of the lower extension 121 of the body 102 is kept over the entire height of the body 102, and the latter comprises, in its part located above the extension 121, six radial protrusions in which the six are respectively machined. cavities 112 receiving the microphones 100.
  • the pressure zones defined between the metal upper plate 20 of the housing 1 and the part of the body 102 receiving each microphone 100 are defined spatially more clearly.
  • Another possible variant of the geometric shape of the body 202 is constituted by the example with four microphones M1, M2, M3, M4 shown in FIG. 9.
  • the part of the body 202 located above its lower extension 221 has a regular polygonal shape centered on the direction of symmetry D, the circular outline of the extension 221 being part of this regular polygon (this polygon is a square in an example with four microphones).
  • the cavities receiving the microphones M1, M2, M3, M4 are then machined in the parts of the square which extend outside the circular shape defined by the extension 221.
  • each sound pick-up device 300 consists of several microphones 301 (two in the example shown), located close to each other.
  • the body 302 therefore comprises eight cavities arranged symmetrically with respect to the direction of symmetry D to receive the eight microphones 301.
  • the processing means 8 then comprise four additional adder circuits (not shown) for add in phase the two signals respectively from the two microphones 301 making up each of the sound reception devices 300.
  • the rest of the processing means 8 is identical to what has been described with reference to FIG. 3, the output signals of the four additional adder circuits then constituting the four signals addressed to the inputs of the differential preamplifiers A13, A24.
  • the method according to the present invention can be implemented with an odd number (three) of microphones 400.
  • the three microphones are then located in the body 402 along three concurrent radial lines at their intersection with the direction of symmetry D and forming between them angles of 120 °.
  • the processing means 8 do not include differential preamplifiers mounted immediately at the output of the microphones 400. It is necessary to use phase-shifting channels applying a phase shift of 120 ° between the signals from any two microphones 400, before adding the signals thus out of phase.
  • FIG 12 there is shown in schematic elevation an alternative construction of the recording device and sound reproduction according to the invention.
  • the base of the device is constituted by the box 501 containing the various electrical circuits of the device.
  • the apparatus comprises a main loudspeaker 504 oriented in the direction of symmetry D and a smaller auxiliary loudspeaker 505 dimension (tweet).
  • the two speakers 504, 505 are arranged back to back so as to transmit in opposite directions in the direction D.
  • the plane P in which the microphones M1 to M4 are located extends between the two speakers 504, 505, so that the microphones receive practically no direct sound from the speakers 504, 505.
  • the element 503 forming a resonance box for the main speaker 504 has a generally cylindrical shape centered on the direction of symmetry D and is mounted on the housing 501 by means of four uprights 519, through which the connection wires of the speakers 504, 505 and the microphones pass.
  • a cone-shaped element 511 is fixed to the upper face of the housing 501, the cone being of revolution around the direction of symmetry D and pointing towards the main speaker 504.
  • the main speaker 504 is oriented downwards towards the cone 511 and the sounds it emits are therefore reflected laterally by the cone 511, with a regular distribution in a horizontal plane.
  • the body 502 in which the microphones are housed is disposed on the side opposite to the cone-shaped element 511 with respect to the main speaker 504.
  • the arrangement of the microphones in the body 502 is similar to that described with reference to the figures 1 and 2, with a flat metal plate reflecting the sound waves 510 separating the element 503 forming a sound box for the main speaker 504 and the block 502 receiving the microphones.
  • the processing of the microphone signals is identical to that described above.
  • the auxiliary speaker 505 is mounted in an element 506 forming a sound box.
  • This element 506 is of frustoconical shape of revolution around the direction of symmetry D. Its side of smaller section is fixed to the upper part of the body 502 receiving the microphones, and its larger section side, like the 505 tweeter, faces up.
  • This arrangement illustrated in FIG. 12 provides an excellent efficiency of the main speaker 504 because the cone 511 directs the sound homogeneously towards the listeners.
  • the efficiency of the microphones is improved because they are located towards the upper part of the apparatus so that, when the latter is placed on a table, the microphones are placed at a higher level (for example 30 cm) to that of the table, that is to say at a level advantageously close to the mouths of the speakers when they are seated around the table.
  • the presence of an acute auxiliary speaker improves the quality of sound reproduction.

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Description

  • La présente invention concerne un système de prise de son. L'invention concerne également un appareil de prise et de restitution de son comportant un tel système.
  • La présente invention a une application principale dans le domaine de l'audioconférence, dans lequel un dispositif de prise et de restitution de son est compris dans un ensemble unique de dimensions relativement faibles. Cet ensemble doit pouvoir être posé facilement sur une table et fonctionner dans une salle quelconque sans nécessité d'un traitement acoustique de ces locaux. On souhaite qu'il soit utilisable par une personne ayant une grande liberté de mouvement dans un rayon d'au moins 4 m autour du dispositif tout en continuant la conversation avec son interlocuteur dans des conditions de confort d'écoute normales pour les deux interlocuteurs.
  • De préférence, il peut aussi être utilisé par un nombre quelconque de personnes réunies dans un même local et réparties autour du meuble sur lequel est posé le dispositif. Pour obtenir ces résultats, quatre conditions sont recherchées :
    • 1. Le dispositif doit être associé à deux régulateurs automatiques de niveau qui assurent l'envoi en ligne d'un signal de niveau correct quelle que soit la puissance acoustique recueillie par le(s) microphone(s) du dispositif en fonction de la position du(des) locuteur(s) par rapport à ce(s) microphone(s) et l'envoi vers le(s) haut-parleur(s) d'un signal de niveau correct quel que soit l'affaiblissement apporté par la ligne.
    • 2. Le son restitué par le(s) haut-parleur(s) doit être perçu avec suffisamment de confort d'écoute indépendamment de la position occupée par l'(les) auditeur(s) dans le local.
    • 3. Le son recueilli par le(s) microphone(s) doit garder des qualités de clarté, de netteté et d'agrément d'écoute suffisamment stables quelle que soit la position du(des) locuteur(s) par rapport au dispositif et quelle que soit la configuration du local.
    • 4. Le dispositif doit présenter un bon découplage acoustique entre le(s) haut-parleur(s) et le(s) microphone(s) de manière à pouvoir assurer une écoute d'un niveau sonore suffisamment élevé sans provoquer d'effet LARSEN, mais aussi pour renvoyer le moins possible d'écho acoustique vers l'interlocuteur distant.
  • On connaît actuellement des dispositifs opérationnels satisfaisant la condition 1.
  • Par exemple, il existe des dispositifs qui privilégient la condition 4 en utilisant un microphone unique et quatre haut-parleurs orientés selon quatre directions espacées d'un angle de 90° les unes des autres, et attaqués en opposition de phase deux par deux. Ce procédé permet effectivement d'obtenir un couplage faible car le microphone est placé en un point qui est un centre de symétrie par rapport aux haut-parleurs. Comme ces derniers sont attaqués en opposition de phase deux par deux, et à condition qu'ils aient des caractéristiques identiques, le son en provenance des haut-parleurs recueilli par le microphone sera très faible et donc le découplage sera très bon.
  • Mais ce type de dispositif remplit mal les conditions 2 (à cause des déphasages de 180° entre haut-parleurs, le diagramme de rayonnement de l'ensemble à haut-parleurs ne sera par circulaire dans le plan horizontal et dépendra notablement des fréquences émises) et 3 (car le microphone capte indifféremment les sons directs et les sons réfléchis indirects, ce qui entraîne que la qualité du son capté par le microphone dépend trop largement de la position du locuteur dans le local et de la configuration de ce local).
  • On connait en outre d'après le document US 4 837 829 un système de prise et de restitution de son qui comporte une paire de microphones à laquelle est associée une paire de haut-parleurs. Dans ce système, on applique un déphasage au signal de sortie de l'un des microphones d'une valeur prédéterminée à savoir de 180 degrés par rapport au signal de sortie de l'autre des microphones.
  • Mais ce système ne prévoit pas de configuration dans le cas où l'on utilise plusieurs microphones. En outre on remarque qu'une caractéristique importante de ce système est que, à chaque microphone, est associé obligatoirement un haut-parleur et que la technique mise en oeuvre veut que l'on transmette les signaux sonores captés par les microphones aux haut-parleurs associés. Cette disposition constitue une sonorisation locale qui n'est pas souhaitable dans les appareils dits " mains libres" ou audioconférence.
  • Enfin, l'état de la technique est également défini par le document US 4 184 048. Ce document concerne un système d'audioconférence qui comporte un nombre N de microphones, au signal de sortie desquels on applique un déphasage de 2 π / N, chaque microphone étant disposé respectivement à une distance radiale égale de manière à créer un réseau circonférentiel de paires opposées de microphones, et étant espacés les uns des uatres d'une distance circonférentielle égale.
  • Cela étant, la structure qui est prévu dans ce système ne permet pas d'interdire sensiblement le passage des composantes verticales jusqu'à chaque microphone tout en laissant toute possibilité de traiter les composantes horizontales.
  • Un but principal de la présente invention est de proposer un système de prise de son qui donne lieu à une faible sensibilité aux sons parvenant selon une direction prédéterminée.
  • Un autre but de l'invention est que, dans un plan perpendiculaire à la direction prédéterminée, on obtienne une sensibilité variant relativement peu en fonction de la direction d'où proviennent les sons et en fonction des composantes fréquencielles de ces sons.
  • En particulier, la présente invention a pour but de proposer un système de prise de son dont la structure interdise sensiblement le passage des composantes verticales jusqu'à chaque microphone tout en laissant toute possibilité de traiter les composantes horizontales.
  • Dans le cadre de l'utilisation préférée quoique non limitative de l'invention à un dispositif d'audioconférence à prise et restitution de son, la réalisation du but ci-dessus permettrait alors, en orientant un ou plusieurs haut-parleurs selon ladite direction prédéterminée, de satisfaire pleinement la condition 3 ci-dessus, tout en satisfaisant les conditions 1, 2 et 4 au moins aussi bien que les dispositifs de la technique antérieure.
  • L'invention propose ainsi un système de prise de son, comprenant plusieurs dispositifs de réception de son, en nombre n supérieur à deux et disposés, à intervalles réguliers, sur une circonférence centrée par rapport à une direction de symétrie, et des moyens de traitement pour traiter les signaux issus des dispositifs de réception de son, ces moyens de traitement étant agencés pour appliquer un déphasage de 360°/n entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques et pour additionner les signaux ainsi déphasés de façon à obtenir une réception sensiblement uniforme et non affaiblie de signaux relatifs aux composantes parallèles au plan P quelle que soit la direction des ondes et une réception sensiblement nulle des signaux relatifs aux composantes parallèles à la droite de symétrie , des ondes acoustiquescaptées, caractérisé en ce que les dispositifs de réception de son comprennent des microphones disposés dans un même plan perpendiculairement à la direction de symétrie, chaque microphone étant logé dans une cavité ouverte sur un côté faisant face à une plaque plane réfléchissant les ondes sonores et disposée parallèlement au plan P dans lequel sont situés les dispositifs de réception du son.
  • Grâce à la disposition de chaque microphone dans une cavité ouverte sur un côté faisant face à une plaque plane réfléchissant les ondes sonores et disposée parallèlement au plan dans lequel sont situés les dispositifs de réception de son, les composantes verticales des signaux sonores ne peuvent pas passer dans chacune des cavités et les composantes horizontales peuvent, elles, être traitées sans difficulté.
  • En outre, grâce à la disposition symétrique des dispositifs de réception de son, les sons incidents suivant la direction de symétrie leur parviennent en phase et avec la même intensité. Par conséquent, du fait des déphasages appliqués et de l'addition des signaux déphasés, ces sons incidents selon la direction de symétrie sont sensiblement éliminés après le traitement. En revanche, les sons incidents perpendiculairement à la direction de symétrie parviennent aux différents dispositifs de réception avec des différences de phase et/ou d'amplitude entre ces dispositifs. Ces sons sont donc conservés et correctement pris en compte.
  • Enfin, cette structure permet d'obtenir un diagramme de rayonnement régulier dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie. En principe, plus le nombre n de paires de dispositifs de réception de son est élevé, plus le diagramme de rayonnement dans le plan perpendiculaire à la direction de symétrie est homogène. En pratique, on constate qu'avec deux paires de dispositifs de réception, on peut obtenir un excellent compromis entre cette homogénéité et le coût des composants utilisés.
  • Suivant un deuxième objet, l'invention propose un appareil de prise et de restitution de son, comprenant des moyens de prise de son et des moyens de restitution de son comprenant au moins un haut-parleur caractérisé en ce que lesdits moyens de prise de son comprennent un système conforme au premier objet de l'invention, avec une direction de symétrie (D).
  • Cet appareil est utilisable pour des audioconférences et remplit de façon très satisfaisante les critères, 1 à 4 énumérés au début.
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée ci-dessous d'exemples de réalisation, lue conjointement aux dessins annexés dans lesquels:
    • la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un appareil conforme à la présente invention;
    • la figure 2 représente une vue en coupe d'une partie de l'appareil représenté à la figure 1, prise selon le plan II-II indiqué à la figure 1;
    • la figure 3 représente un schéma d'ensemble des moyens de traitement des sons captés par les microphones de l'appareil des figures 1 et 2;
    • la figure 4 représente de façon plus détaillée un préamplificateur différentiel utilisé dans les moyens de traitement représentés à la figure 3;
    • les figures 5 et 6 représentent des cellules passe-tout utilisées dans les moyens de traitement de la figure 3;
    • la figure 7 représente schématiquement des canaux déphaseurs utilisés dans les moyens de traitement de la figure 3;
    • les figures 8 à 11 sont des vues analogues à la figure 2 représentant des variantes de l'appareil selon l'invention; et
    • la figure 12 représente une vue d'ensemble schématique d'une autre variante de la présente invention.
  • Dans les exemples de réalisation qu'on va maintenant décrire, on fera référence à un appareil de prise et restitution de son de type "mains libres" utilisable dans le domaine de l'audioconférence, qui constitue une application préférée du procédé de la présente invention. Toutefois, il apparaîtra clairement à l'homme du métier que la partie prise de son de cet appareil présente en elle-même des caractéristiques inventives qui la rendent directement applicable dans d'autres types de systèmes de prise de son.
  • En référence aux figures 1 et 2, l'appareil selon l'invention comporte un boîtier 1, un corps 2 dans lequel sont logés plusieurs dispositifs de réception de son M1, M2, M3, M4, et un élément 3 dans lequel est monté un haut-parleur 4. Le corps 2 et l'élément 3 ont une forme générale de révolution autour d'une direction de symétrie D. L'élément 3 est monté sur le corps 2 qui est lui-même monté sur le boîtier 1. Des matériaux isolants phoniquement, et/ou amortissants mécaniquement tels que 5, peuvent être interposés entre l'élément 3 et le corps 2, ou encore entre le corps 2 et la partie supérieure du boîtier 1. De façon générale, l'appareil a une structure symétrique autour de la direction D pour minimiser l'effet des vibrations mécaniques qui peuvent affecter les signaux produits par les microphones M1, M2, M3, M4.
  • Le boîtier 1 présente à sa partie inférieure des pieds 6 en caoutchouc ou analogue pour poser l'appareil sur une surface horizontale telle qu'une table. La direction de symétrie D est alors verticale. Des circuits électriques 7, 8 sont montés à l'intérieur du boîtier 1. Ces circuits peuvent être raccordés comme indiqué schématiquement en 9, 10 à la figure 1, à un système d'audioconférence extérieur non représenté avec lequel fonctionne l'appareil selon l'invention. Ces circuits comprennent un circuit d'amplification 7 qui reçoit des signaux issus du système d'audioconférence et les adresse sous forme amplifiée au haut-parleur 4 pour que celui-ci émette les sons correspondants, et des moyens de traitement 8 pour traiter les signaux issus des dispositifs de réception de son M1, M2, M3, M4, et les adresser après traitement au système d'audioconférence. De façon connue, le circuit d'amplification 7 peut inclure, pour augmenter le confort d'écoute, une cellule électronique de correction de la courbe de réponse du haut-parleur 4, notamment pour renforcer les fréquences graves et supprimer d'éventuelles résonances ou anti-résonances. En outre, des moyens classiques d'annulation d'écho sont généralement montés entre les circuits 7 et 8.
  • Dans l'exemple représenté, il y a quatre dispositifs de réception de son, constitués chacun par un microphone unique M1, M2, M3, M4. Ces quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont tous disposés dans un même plan horizontal P perpendiculaire à la direction de symétrie D.
  • Comme on le voit à la figure 2, les quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont répartis symétriquement par rapport à la direction de symétrie D, qui est perpendiculaire au plan de la figure 2. Ces quatre microphones sont situés sur une circonférence 13 parallèle au plan P et centrée sur la direction de symétrie D. Ces quatre microphones sont associés par paires, respectivement M1, M3 et M2, M4, les microphones de chaque paire étant disposés symétriquement par rapport à la direction des symétries D, et les deux paires de microphones étant disposées suivant deux lignes radiales 14, 15 formant entre elles un angle droit.
  • Chacun des microphones M1, M2, M3, M4 est logé dans une cavité respective 12 usinée dans le corps 2. Ce corps 2 est métallique, par exemple en laiton. Il est traversé par un alésage axial 16 suivant la direction de symétrie D, et il comporte en outre quatre alésages radiaux 17, s'étendant chacun entre l'alésage axial 16 et l'une des quatre cavités 12. L'alésage axial 16 sert au passage des fils de raccordement (non représentés) du haut-parleur 4 au circuit d'amplification 7, avec un alésage correspondant 18 prévu à la base de l'élément 3. L'alésage axial 16 et les quatre alésages radiaux 17 servent au passage des fils de raccordement (non représentés) des microphones M1, M2, M3, M4, aux moyens de traitement 8 situés dans le boîtier 1.
  • Les quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont du type à condensateur, et ont une petite dimension (par exemple une forme cylindrique de diamètre 6 mm, et de hauteur 4,5 mm). On sait que, pour une série de fabrication donnée, de tels microphones présentent sensiblement la même courbe de réponse, avec un décalage entre elles ne dépassant pas 3 à 4 décibels. Pour la réalisation de l'appareil, on peut donc facilement trier quatre microphones ayant des courbes de réponse identiques à une tolérance prédéterminée près (par exemple 0,5 décibel).
  • Le corps 2 est monté sur une plaque métallique plane 20, parallèle au plan P des microphones et constituant la face supérieure du boîtier 1. Le corps cylindrique 2 comporte un prolongement cylindrique axial 21, de plus petit diamètre qui s'appuie sur cette plaque plane 20 et qui définit un écartement 22 entre la plaque plane 20 et la surface 23 du corps 2 qui est parallèle au plan P, et sur laquelle débouchent les cavités usinées 12. Le prolongement 21 du corps 2 fournit une certaine isolation acoustique entre les microphones M1, M2, M3, M4 vis-à-vis des sons parvenant dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D. Comme on le voit à la figure 1, les cavités 12 ont une hauteur axiale supérieure à la hauteur des cylindres des microphones M1, M2, M3, M4, et ces derniers sont enfoncés dans leurs cavités respectives 12 de façon à laisser un intervalle 24 entre le côté de chaque microphone faisant face à la plaque 20 et la surface 23 définissant le bord des cavités 12.
  • A l'arrière du microphone M1, M2, M3, M4, chaque cavité 12 se prolonge en une partie 25 de diamètre plus faible qui définit un épaulement contre lequel s'appuie la face arrière du microphone, et dans laquelle débouche l'alésage radial 17, donnant ainsi un espace pour les fils de raccordement non représentés.
  • L'élément 3 monté au-dessus du corps 2 forme une caisse de résonance pour le haut-parleur 4. Le haut-parleur 4 est monté dans l'élément 3 sur la direction de symétrie D, et orienté suivant cette direction de symétrie D, à l'opposé du plan P où sont situés les microphones M1, M2, M3, M4. Ceci signifie que la membrane 29 du haut-parleur 4, qui a une forme de révolution autour d'un axe, est disposée dans l'élément 3 de façon que cet axe coïncide avec la direction de symétrie D de l'appareil, le bord extérieur 30 de cette membrane 29 étant situé dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D. Pour une application à l'audioconférence, ce bord extérieur 30 de la membrane 29 se situe typiquement entre 100 et 150 mm au-dessus de la surface horizontale sur laquelle est posé l'appareil. Une grille de protection 32 est montée à la partie supérieure de l'élément 3 pour protéger la membrane 29 du haut-parleur 4.
  • La surface périphérique extérieure 33 de l'élément 3 présente une courbure concave et se raccorde tangentiellement à la surface périphérique extérieure du corps 2, cette surface périphérique extérieure du corps 2 étant un cylindre défini par des génératrices sensiblement parallèles à la direction de symétrie D.
  • Les moyens de traitement 8 des signaux issus des microphones M1, M2, M3, M4 sont représentés schématiquement à la figure 3. Ces moyens de traitement comprennent d'une part deux préamplificateurs différentiels A13, A24 et deux canaux déphaseurs D13, D24 pour appliquer un déphasage entre les signaux issus respectivement de différents microphones, et d'autre part un circuit additionneur 40 prévu pour faire la somme des signaux déphasés issus des canaux déphaseurs D13, D24. A la sortie du circuit additionneur 40 est monté un circuit 41 qui met en forme les signaux en vue de leur transmission vers le système d'audioconférence extérieur. Conformément à l'invention, les déphasages appliqués et l'addition effectuée sont tels que les signaux relatifs à toute onde sonore parvenant en phase et avec la même intensité sur chacun des microphones M1, M2, M3, M4 soient sensiblement annulés en sortie du circuit additionneur 40. En particulier, lorsque l'appareil est posé horizontalement sur une table, les sons émis par le haut-parleur 4 et réfléchis par le plafond horizontal situé au-dessus de l'appareil parviennent vers les quatre microphones selon la direction de symétrie D et présentent, compte tenu de la disposition symétrique des microphones, une phase et une intensité identiques sur chacun des microphones. Par conséquent, ces signaux réfléchis sont avantageusement éliminés du signal de sortie du circuit de traitement 8. En outre, la structure symétrique du système de prise de son assure que les vibrations mécaniques de l'appareil parviendront de manière identique à chacun des microphones. Par conséquent, l'effet de ces vibrations sur les microphones est également éliminé du signal de sortie du circuit de traitement 8.
  • Dans l'exemple représenté à la figure 3, un préamplificateur différentiel A13 (respectivement A24) comporte deux entrées E1, E3 (respectivement E2, E4) reliées chacune à l'un des microphones M1, M3 (respectivement M2, M4) d'une paire de microphones disposés en position diamétralement opposée par rapport à la direction de symétrie D. Les préamplificateurs différentiels A13, A24 effectuent une préamplification des signaux de sortie des microphones, éliminent certains parasites présents dans ces signaux de sortie, et produisent des signaux de sortie S13 et S24 qui sont proportionnels à la différence entre les signaux d'entrée qu'ils reçoivent des microphones. En d'autres termes, chaque préamplificateur différentiel A13 (respectivement A24) applique un déphasage de 180° entre les signaux issus des microphones M1, M3 (respectivement M2, M4) et additionne les signaux ainsi déphasés, ce qui annule sensiblement les signaux relatifs à toute onde sonore parvenant en phase et avec la même intensité sur chacun des microphones M1, M3 (respectivement M2, M4) constituant la paire. Les sorties des préamplificateurs différentiels A13, A24 sont reliées respectivement aux entrées de deux canaux déphaseurs D13, D24. Le canal déphaseur D13 reçoit le signal de sortie S13 du préamplificateur différentiel A13 et lui applique un déphasage dépendant de la fréquence pour émettre un signal de sortie SD13. De même, le canal déphaseur D24 reçoit le signal de sortie S24 du préamplificateur différentiel A24, et lui applique un déphasage dépendant de la fréquence pour émettre un signal de sortie SD24. Même si les signaux de sortie SD13 et SD24 ont reçu individuellement un déphasage dépendant de la fréquence, les canaux déphaseurs D13, D24 sont agencés de façon que leurs signaux de sortie respectifs SD13, SD24 présentent entre eux un déphasage relativement indépendant de la fréquence. Dans l'exemple à quatre microphones décrit ici, ce déphasage indépendant de la fréquence vaut 90°.
  • Les signaux de sortie déphasés SD13, SD24 sont adressés à deux entrées du circuit additionneur 40. Celui-ci émet un signal de sortie ST égal à la somme de ces deux signaux SD13, SD24. Cette somme ST est donc une combinaison des signaux issus des quatre microphones M1, M2, M3, M4 dans laquelle un déphasage de 90° existe entre les signaux issus respectivement de deux microphones adjacents quelconques. Dans cette combinaison sont donc éliminés les contributions des sons parvenant aux microphones suivant la direction de symétrie D et les effets des vibrations mécaniques symétriques. En revanche, dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D, cette combinaison ST prend en compte de façon homogène les signaux sonores, quelle que soit leur direction d'incidence dans ce plan. Dans l'application préférée de l'appareil à l'audioconférence, les sons émis par des locuteurs sont ainsi pris en compte de façon satisfaisante quelle que soit la position de ces locuteurs par rapport à l'appareil, tandis que les échos du haut-parleur sont sensiblement éliminés. En outre, la disposition des microphones M1, M2, M3, M4 dans le corps 2 et la présence des zones de pression entre ce corps 2 et la plaque métallique 20 réfléchissant les ondes sonores éliminent en grande partie les échos indirects parvenant aux microphones.
  • Dans un exemple typique de dimensionnement, le corps cylindrique 2 a un diamètre extérieur de 54 mm, les quatre microphones sont placés sur une circonférence 13 de diamètre 46 mm, le prolongement 21 du corps 2 a un diamètre de 36 mm et une hauteur axiale d'environ 2 mm définissant l'écartement 22, et les cavités 12 ont un diamètre de 6.mm coïncidant avec celui des microphones et une hauteur axiale permettant de laisser un intervalle 24 d'environ 3 mm. Dans cet exemple, la variation du signal combiné total pour l'ensemble des microphones en fonction de la direction d'incidence dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D n'est que de ±0,5 décibel dans toute la bande de fréquence correspondant aux fréquences téléphoniques. Si cette bande de fréquence possible est élargie jusqu'à 7 000 hertz, on observe seulement une variation de ±2,5 décibels, qu'on peut encore diminuer en diminuant les dimensions de l'ensemble de montage des microphones.
  • La structure détaillée du préamplificateur différentiel A13 est représentée à la figure 4, étant entendu que l'amplificateur différentiel A24 a une structure identique. Les entrées E1, E3 du préamplificateur différentiel A13 sont chacune reliées à la borne d'entrée positive d'un amplificateur opérationnel 45, 46, et sont par ailleurs reliées entre elles par deux résistances 47, 48 montées en série et ayant la même valeur ohmique. Le point de raccordement de ces deux résistances identiques 47, 48 est relié à la masse. Les bornes d'entrée négatives des amplificateurs opérationnels 45, 46 sont reliées entre elles par une résistance r. Chacun des deux amplificateurs opérationnels 45, 46 a sa borne de sortie reliée par une résistance de rétroaction R à sa borne d'entrée négative. Le préamplificateur différentiel A13 comprend un troisième amplificateur opérationnel 49 dont la sortie délivre le signal de sortie S13 du préamplificateur différentiel A13. La borne d'entrée positive de ce troisième amplificateur opérationnel 49 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 50 à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 45 dont la borne d'entrée positive est reliée au microphone M1. La borne d'entrée négative du troisième amplificateur opérationnel 49 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 51 ayant la même valeur ohmique que la résistance 50 ci-dessus à la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel 46 dont la borne d'entrée positive est reliée au microphone M3. La borne d'entrée positive du troisième amplificateur opérationnel 49 est en outre reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 52 ayant la même valeur ohmique que les résistances 50, 51 précitées. La borne de sortie du troisième amplificateur opérationnel 49 est en outre reliée à sa borne d'entrée négative par une résistance de rétroaction 53 ayant la même valeur ohmique que les résistances 50, 51, 52 précitées. La figure 4 ne représente pas les alimentations des microphones M1, M3 et des amplificateurs opérationnels 45, 46, 49.
  • Ce montage du préamplificateur différentiel A13 représenté à la figure 4, réalise la différence désirée entre les signaux de sortie des microphones M1, M3, en éliminant en outre les parasites présents conjointement dans ces signaux. Le signal de sortie S13 est donné par la relation suivante: S13 = (E1 - E3) x (1 + 2R/r),
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        dans laquelle E1 et E3 désignent l'amplitude des signaux reçus à l'entrée du préamplificateur différentiel A13 portant les mêmes références, et R et r désignent les valeurs ohmiques des résistances portant ces mêmes références. Le gain de préamplification peut être choisi aussi grand qu'on le souhaite en choisissant le rapport 2R/r.
  • Les canaux déphaseurs D13, D24 sont représentés schématiquement à la figure 7. Chacun de ces canaux déphaseurs D13, D24 est constitué d'une association en série alternée de cellules passe-tout d'un premier type PT1 (figure 5) et d'un second type PT2 (figure 6), chaque cellule passe-tout ayant un gain égal à 1, indépendamment de la fréquence des signaux de tension appliqués.
  • En référence à la figure 5, une cellule passe-tout PT1 a son entrée reliée d'une part à la borne d'entrée négative d'un amplificateur opérationnel OA1 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur ohmique r1, et d'autre part à la borne d'entrée positive de cet amplificateur opérationnel OA1 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur ohmique R1. La sortie de la cellule passe-tout PT1 est constituée par la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel OA1, qui est reliée à sa borne d'entrée négative par une résistance de rétroaction de valeur ohmique r1. La borne d'entrée positive de l'amplificateur opérationnel OA1 est en outre reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur de capacité C1. Cette cellule passe-tout PT1 introduit entre ses signaux de sortie et d'entrée un déphasage dépendant de la fréquence du signal d'entrée et compris entre 0° pour une fréquence tendant vers zéro et 180° pour une fréquence tendant vers l'infini. La dépendance de ce déphasage en fonction de la fréquence est définie par les valeurs de la résistance R1 et de la capacité C1, un déphasage de 90° étant obtenu pour une fréquence de référence f1 = 1/(2πR1C1) du signal d'entrée.
  • En référence à la figure 6, une cellule passe-tout de type PT2 a son entrée reliée d'une part à la borne d'entrée négative d'un amplificateur opérationnel OA2 par l'intermédiaire d'une résistance de valeur ohmique r2, et d'autre part à la borne d'entrée positive de cet amplificateur opérationnel OA2 par l'intermédiaire d'un condensateur de capacité C2. La sortie de la cellule passe-tout PT2 est constituée par la borne de sortie de l'amplificateur opérationnel OA2 qui est reliée à sa borne d'entrée négative par l'intermédiaire d'une résistance de rétroaction ayant une valeur ohmique r2. La borne d'entrée positive de cet amplificateur opérationnel OA2 est en outre reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de valeur ohmique R2. La cellule PT2 introduit entre ses signaux de sortie et d'entrée un déphasage dépendant de la fréquence du signal d'entrée et compris entre 180° pour une fréquence tendant vers zéro et 360° pour une fréquence tendant vers l'infini. Cette dépendance du déphasage en fonction de la fréquence est définie par les valeurs de la résistance R2 et la capacité C2, un déphasage de 270° étant obtenu pour une fréquence de référence f2 = 1/(2πR2C2) du signal d'entrée.
  • Comme on le voit à la figure 7, le canal déphaseur D13 comprend successivement une cellule passe-tout PT1A de type PT1, une cellule passe-tout PT2B de type PT2, et une cellule passe-tout PT1C de type PT1. Le canal déphaseur D24 comprend successivement une cellule passe-tout PT2A de type PT2, une cellule passe-tout PT1B de type PT1, et une cellule passe-tout PT2C de type PT2. Pour chacun des canaux déphaseurs D13, D24, les fréquences de référence des cellules passe-tout successives sont en progression géométrique avec la même raison K, la première cellule passe-tout PT1A du canal déphaseur D13 ayant une fréquence de référence F, et la première cellule passe-tout PT2A du canal déphaseur D24 ayant une fréquence de référence G = K½ x F, de sorte que les fréquences de référence des cellules passe-tout successives du canal déphaseur D24 qui commence par une cellule passe-tout PT2 sont respectivement égales aux fréquences de référence des cellules passe-tout successives du canal déphaseur D13, qui commence par une cellule de type PT1, multipliées par K½.
  • Avec ces valeurs, on observe, entre les signaux de sortie SD13 et d'entrée S13 du canal déphaseur D13, un déphasage D1 dépendant de la fréquence f de ces signaux et, entre les signaux de sortie SD24 et d'entrée S24 du canal déphaseur D24, un déphasage D2 de la fréquence f de ces signaux. Mais, pour une composante de fréquence f commune aux signaux d'entrée S13 et S24, la différence D2-D1 est relativement indépendante de la fréquence f.
  • Notamment, avec K = eπ, la variation de la différence D2-D1 avec la fréquence f sera minimisée.
  • Dans un exemple de réalisation testé par la demanderesse, on a choisi une valeur F = 8 Hz, avec K = 23 (voisin de eπ ≈23,14). Les canaux D13, D24 ainsi constitués introduisent alors entre leurs signaux de sortie respectifs SD13, SD14, une différence de déphasages D2-D1 de 90°±7° pour une bande de fréquence comprise entre 50 Hz et 7 000 Hz. En pratique, dans le système de prise de son selon l'invention, cette variation de ±7° est tout à fait acceptable.
  • Il est remarquable qu'avec un si petit nombre de cellules par canal (3), on puisse obtenir une différence de déphasage D2-D1 pratiquement constante sur une aussi large bande de fréquence. Pour élargir encore cette bande de fréquence pour laquelle la différence de déphasages est pratiquement constante, on peut augmenter le nombre de cellules passe-tout par canal, les fréquences de référence des cellules de chaque canal restant en progression géométrique de raison K.
  • On observera que l'ordre des cellules passe-tout montées en série dans un même canal peut être modifié sans sortir du cadre de l'invention. En effet, les déphasages individuels introduits par les cellules passe-tout PT1A, PT2B, PT1C ou PT2A, PT1B, PT2C s'ajoutent les uns aux autres quel que soit leur ordre d'apparition. Il suffit que les cellules passe-tout PT1A, PT2B, PT1C ou PT2A, PT1B, PT2C associées en série dans chaque canal déphaseur D13, D24 comprennent au moins un ensemble de cellules passe-tout qui, considérées dans l'ordre croissant de leurs fréquences de référence, soient alternativement du premier PT1 et du second PT2 type et aient des fréquences de référence en progression géométrique selon une raison K identique pour les deux canaux déphaseurs D13, D24.
  • Lorsqu'on souhaite obtenir une différence de déphasage d = D2 - D1 relativement constante entre les deux canaux D13, D24, on choisit des valeurs de résistance R1, R2 et de capacité C1, C2 des cellules passe-tout de types différents PT1A, PT2A ayant la plus petite fréquence de référence dans chacun des canaux D13, D24, de façon que les fréquences de référence F = 1/(2πR1C1) et G = 1/(2πR2C2) de ces cellules PT1A, PT2A soient dans un support G/F = K1-(d/180), d étant exprimé en degrés. Par exemple pour obtenir un déphasage de 360°/2n entre les signaux de sortie des canaux déphaseurs D13, D24, on choisira G/F = K1-1/n.
  • On comprendra que divers agencements de microphones peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. Des variantes possibles sont données à titre non limitatif aux figures 8 à 11, qui sont des vues en coupe analogues à la figure 2.
  • Dans l'exemple représenté à la figure 8, on utilise six microphones 100 disposés géométriquement aux sommets d'un hexagone régulier centré sur la direction de symétrie D. Ces six microphones 100 peuvent également être associés par paires, constituées chacune de deux microphones diamétralement opposés par rapport à la direction D, les signaux de sortie des deux microphones de chaque paire étant soustraits l'un de l'autre comme décrit précédemment. Les canaux déphaseurs sont alors agencés pour appliquer un déphasage de 60° entre les signaux obtenus par soustraction relativement à chaque paire de microphones 100, ce qui permet d'obtenir sensiblement les mêmes avantages que dans l'exemple à quatre microphones décrit en référence aux figures 1 à 7. De façon générale, on peut prévoir n paires de dispositifs de réception de son situés à intervalles réguliers le long d'une circonférence 13 centrée sur la direction de symétrie D, n désignant un nombre entier au moins égal à deux, les moyens de traitement 8 étant alors agencés pour appliquer un déphasage de 360°/2n entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques.
  • Dans l'exemple représenté à la figure 8, on voit encore que le corps métallique 102 dans lequel sont usinées les cavités 112 recevant les différents microphones 100 peut avoir une forme générale différente de la forme cylindrique décrite précédemment. Dans cet exemple, le diamètre du prolongement inférieur 121 du corps 102 est conservé sur toute la hauteur du corps 102, et celui-ci comporte, dans sa partie située au-dessus du prolongement 121, six excroissances radiales dans lesquelles sont respectivement usinées les six cavités 112 recevant les microphones 100. Ainsi, les zones de pression définies entre la plaque supérieure métallique 20 du boîtier 1 et la partie du corps 102 recevant chaque microphone 100 sont définies spatialement de manière plus nette.
  • Une autre variante possible de la forme géométrique du corps 202 est constituée par l'exemple à quatre microphones M1, M2, M3, M4 représenté à la figure 9. Dans cet exemple, la partie du corps 202 située au-dessus de son prolongement inférieur 221 a une forme polygonale régulière centrée sur la direction de symétrie D, le contour circulaire du prolongement 221 s'inscrivant dans ce polygone régulier (ce polygone est un carré dans un exemple à quatre microphones). On usine alors les cavités recevant les microphones M1, M2, M3, M4 dans les parties du carré qui s'étendent à l'extérieur de la forme circulaire définie par le prolongement 221.
  • Comme dans l'exemple décrit en référence aux figures 1 à 7, la variante représentée à la figure 10 concerne un système à quatre dispositifs de prise de son 300. Dans cette variante, chaque dispositif de prise de son 300 se compose de plusieurs microphones 301 (deux dans l'exemple représenté), situés à proximité l'un de l'autre. Le corps 302 comporte donc huit cavités disposées symétriquement par rapport à la direction de symétrie D pour recevoir les huit microphones 301. Les moyens de traitement 8 comportent alors quatre circuits additionneurs supplémentaires (non représentés) pour additionner en phase les deux signaux issus respectivement des deux microphones 301 composant chacun des dispositifs de réception de son 300. Le reste des moyens de traitement 8 est identique à ce qu'on a décrit en référence à la figure 3, les signaux de sortie des quatre circuits additionneurs supplémentaires constituant alors les quatre signaux adressés aux entrées des préamplificateurs différentiels A13, A24.
  • Dans l'exemple représenté à la figure 11, on voit que le procédé selon la présente invention peut être mis en oeuvre avec un nombre impair (trois) de microphones 400. Les trois microphones sont alors situés dans le corps 402 suivant trois lignes radiales concourantes à leur intersection avec la direction de symétrie D et formant entre elles des angles de 120°. Dans ce cas, les moyens de traitement 8 ne comportent pas de préamplificateurs différentiels montés immédiatement à la sortie des microphones 400. On doit utiliser des canaux déphaseurs appliquant un déphasage de 120° entre les signaux issus de deux microphones 400 quelconques, avant d'additionner les signaux ainsi déphasés. Dans le signal de sortie obtenu par addition de ces trois signaux déphasés de 120°, on observe également une sensibilité faible ou nulle aux sons incidents selon la direction de symétrie D, et une sensibilité relativement régulière aux sons incidents dans un plan perpendiculaire à cette direction D.
  • A la figure 12, on a représenté en vue en élévation schématique une variante de constitution de l'appareil de prise et de restitution de son selon l'invention. La base de l'appareil est constituée par le boîtier 501 contenant les différents circuits électriques de l'appareil. L'appareil comprend un haut-parleur principal 504 orienté suivant la direction de symétrie D et un haut-parleur auxiliaire aigu 505 de plus petite dimension (tweeter). Les deux haut-parleurs 504, 505 sont disposés dos à dos de façon à émettre en sens opposés selon la direction D. Le plan P dans lequel sont situés les microphones M1 à M4 s'étend entre les deux haut-parleurs 504, 505, de sorte que les microphones ne reçoivent pratiquement aucun son direct des haut-parleurs 504, 505. L'élément 503 formant caisse de résonance pour le haut-parleur principal 504 a une forme générale cylindrique centrée sur la direction de symétrie D et est monté sur le boîtier 501 par l'intermédiaire de quatre montants 519, dans lesquels passent les fils de raccordement des haut-parleurs 504, 505 et des microphones. Un élément en forme de cône 511 est fixé sur la face supérieure du boîtier 501, le cône étant de révolution autour de la direction de symétrie D et pointant vers le haut-parleur principal 504. Le haut-parleur principal 504 est orienté vers le bas en direction du cône 511 et les sons qu'il émet sont donc réfléchis latéralement par le cône 511, avec une répartition régulière dans un plan horizontal. Le corps 502 dans lequel sont logés les microphones est disposé du côté opposé à l'élément en forme de cône 511 par rapport au haut-parleur principal 504. L'agencement des microphones dans le corps 502 est analogue à celui décrit en référence aux figures 1 et 2, avec une plaque plane métallique réfléchissant les ondes sonores 510 séparant l'élément 503 formant caisse de résonance pour le haut-parleur principal 504 et le bloc 502 recevant les microphones. Le traitement des signaux des microphones est identique à celui décrit précédemment. Le haut-parleur auxiliaire 505 est monté dans un élément 506 formant caisse de résonance. Cet élément 506 est de forme tronconique de révolution autour de la direction de symétrie D. Son côté de plus petite section est fixé à la partie supérieure du corps 502 recevant les microphones, et son côté de plus grande section, comme le tweeter 505, est dirigé vers le haut.
  • Cet agencement illustré à la figure 12 fournit une excellente efficacité du haut-parleur principal 504 car le cône 511 dirige de manière homogène le son vers les auditeurs. En outre, l'efficacité des microphones est améliorée car ceux-ci sont situés vers la partie supérieure de l'appareil de sorte que, lorsque celui-ci est posé sur une table, les microphones sont placés à un niveau supérieur (par exemple de 30 cm) à celui de la table, c'est-à-dire à un niveau avantageusement voisin des bouches des locuteurs lorsque ceux-ci sont assis autour de la table. Enfin, la présence d'un haut-parleur auxiliaire aigu améliore la qualité de la restitution de son.
  • Bien entendu, diverses autres variantes de l'invention apparaîtront à l'homme du métier à la lecture du présent mémoire. L'invention n'est donc pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemple.

Claims (16)

  1. Système de prise de son, comprenant plusieurs dispositifs de réception de son (M1 à M4; 100; 300; 400), en nombre n supérieur à deux et disposés, à intervalles réguliers, sur une circonférence (13) centrée par rapport à une direction de symétrie (D), et des moyens de traitement (8) pour traiter les signaux issus des dispositifs de réception de son, ces moyens de traitement (8) étant agencés pour appliquer un déphasage de 360°/n entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques et pour additionner les signaux ainsi déphasés de façon à obtenir une réception sensiblement uniforme et non affaiblie de signaux relatifs aux composantes parallèles au plan (P) quelle que soit la direction des ondes et une réception sensiblement nulle des signaux relatifs aux composantes parallèles à la droite de symétrie (D), des ondes acoustiques captées, caractérisé en ce que les dispositifs de réception de son comprennent des microphones (M1, M2, M3, M4; 100; 301; 400) disposés dans un même plan (P) perpendiculaire à la direction de symétrie (D), chaque microphone étant logé dans une cavité (12 ; 112) ouverte sur un côté (23) faisant face à une plaque plane (20 ; 510) réfléchissant les ondes sonores et disposée parallèlement au plan (P) dans lequel sont situés les dispositifs de réception de son.
  2. Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités (12; 112) dans lesquelles sont logés les différents microphones (M1 à M4; 100; 301; 400) sont ménagées dans un corps (2; 102; 202; 302; 402; 502) de forme symétrique par rapport à ladite direction de symétrie (D) et comportant du côté de ladite plaque plane (20 ; 510) réfléchissant les ondes sonores, un prolongement (21 ; 121 ; 221) pour définir un écartement déterminé (22) entre les cavités (12 ; 112) et ladite plaque (20 ; 510).
  3. Système conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque microphone (M1 à M4; 100; 300; 400) est enfoncé dans sa cavité respective (12 ; 112) de façon à laisser un intervalle (24) entre un côté de ce microphone faisant face à la plaque plane (20 ; 510) réfléchissant les ondes sonores et un bord (23) de cette cavité (12 ; 112) faisant face à ladite plaque (20 ; 510).
  4. Système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de réception de son comprend un microphone unique (M1 à M4; 100; 300; 400) .
  5. Système conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dispositif de réception de son (300) est composé de plusieurs microphones (301), et en ce que les moyens de traitement (8) sont agencés pour additionner en phase les signaux issus respectivement des microphones (301) composant chaque dispositif de réception de son (300) pour établir le signal de sortie de ce dispositif de réception de son (300).
  6. Système conforme à l'une des revendications 1 à 5, ce système présentant pour 2N microphones placés sur une circonférence 13 de diamètre 46 mn environ, un signal combiné total pour l'ensemble des microphones qui varie faiblement en fonction de la direction d'incidence dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie (D) dans toute la bande de fréquence correspondant aux fréquences téléphoniques, et dont la variation augmente si on élargit cette bande de fréquence jusqu'à 7.000 hertz, caractérisé en ce que l'on peut encore diminuer les variations de ce signal dans la partie supérieure de cette bande de fréquence en diminuant les dimensions de l'ensemble du montage des microphones.
  7. Système conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits dispositifs de réception de son (M1 à M4; 100; 300; 400) sont en nombre pair m = 2n supérieur à trois, en ce qu'ils sont associés deux à deux, en n paires, en ce que les dispositifs de réception de son de chacune desdites paires sont disposés symétriquement par rapport à la direction de symétrie (D), en ce que les moyens de traitement (8) sont agencés pour que les signaux issus respectivement des dispositifs de réception de chaque paire soient soustraits l'un de l'autre pour les additionner avec un déphasage de 180° entre eux, en ce qu'un déphasage est appliqué sur chaque signal (S13, S14) issu d'une paire pour obtenir un déphasage de 360°/m entre les signaux issus respectivement de deux paires de dispositifs de réception de son adjacents quelconques et en ce que les signaux ainsi déphasés sont additionnés.
  8. Système conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de traitement (8) comprennent, pour chaque paire de dispositifs de réception de son (M1 à M4; 100; 300; 400), un préamplificateur différentiel (A13 et A24) comportant deux entrées (E1, E3 et E2, E4) recevant respectivement les signaux issus des deux dispositifs de réception de son (M1 à M4; 100; 300; 400) de la paire, et une sortie fournissant la différence amplifiée (S13 et S24) entre les deux signaux reçus aux entrées (E1 à E4).
  9. Système conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que, pour appliquer le déphasage de 360°/m entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques, les moyens de traitement (8) comprennent n canaux déphaseurs (D13, D24) comportant chacun une entrée recevant un signal (S13, S24) issu d'une desdites paires et une sortie (SD13, SD24), les n sorties des canaux déphaseurs étant additionnées pour constituer le signal issu du système de prise de son.
  10. Système conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que chaque canal déphaseur (D13, D24) comprend une association en série de plusieurs cellules passe-tout (PT1A, PT2B, PT1C ; PT2A, PT1B, PT2C) appartenant à deux types de cellules passe-tout (PT1, PT2), en ce qu'un premier type de cellule passe-tout (PT1) comprend une résistance (R1) et une capacité (C1) dont les valeurs déterminent la dépendance d'un déphasage élémentaire fourni par la cellule passe-tout (PT1) entre son signal de sortie et son signal d'entrée en fonction de la fréquence de son signal d'entrée, ce déphasage élémentaire étant compris entre 0° et 180° et étant sensiblement égal à 90° pour une fréquence de référence f1 = 1/(2πR1C1) de la cellule passe-tout (PT1), en ce qu'un second type de cellule passe-tout (PT2) comprend une résistance (R2) et une capacité (C2) dont les valeurs déterminent la dépendance d'un déphasage élémentaire fourni par la cellule passe-tout (PT2) entre son signal de sortie et son signal d'entrée en fonction de la fréquence de son signal d'entrée, ce déphasage élémentaire étant compris entre 180° et 360° et étant sensiblement égal à 270° pour une fréquence de référence f2 = 1/(2πR2C2) de la cellule passe-tout (PT2), et en ce que les cellules passe-tout associées en série dans chaque canal déphaseur (D13, D24) comprennent au moins un ensemble de cellules passe-tout (PT1A, PT2B, PT1C ; PT2A, PT1B, PT2C) qui, considérées dans l'ordre croissant de leurs fréquences de référence, sont alternativement du premier (PT1) et du second (PT2) type et ont des fréquences de référence (F, KF, K2F ; G, KG, K2G) sensiblement en progression géométrique selon une raison (K) identique pour les deux canaux déphaseurs (D13, D24).
  11. Système conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que la raison (K) des progressions géométriques est approximativement égale à eπ.
  12. Système conforme à l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que deux cellules passe-partout (PT1A, PT2A) de types différents appartenant à deux canaux déphaseurs (D13, D14) distincts ont des fréquences de référence (F, G) respectives dont le rapport (G/F) est sensiblement égal à K1-(d/180), K désignant la raison des progressions géométriques et d désignant une valeur prédéterminée exprimée en degrés égale à une différence désirée entre les déphasages (D1, D2) appliqués respectivement par les deux canaux déphaseurs (D13, D24).
  13. Système conforme à l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le nombre de cellules passe-tout par canal déphaseur (D13, D24) est égal à trois.
  14. Système conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il présente une structure générale symétrique autour de la direction de symétrie (D).
  15. Appareil de prise et de restitution de son, comprenant des moyens de prise de son et des moyens de restitution de son comprenant au moins un haut-parleur (4 ; 504, 505) caractérisé en ce que lesdits moyens de prise de son comprennent un système conforme à l'une des revendications 1 à 14, avec une direction de symétrie (D).
  16. Appareil de prise et de restitution de son conforme à la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de restitution de son sont disposés sur l'axe de symétrie (D) de telle sorte que ledit appareil de prise et de restitution de son présente une structure générale symétrique autour de ladite direction de symétrie (D).
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