EP0781070A1 - Antenne acoustique pour station de travail informatique - Google Patents

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EP0781070A1
EP0781070A1 EP96402825A EP96402825A EP0781070A1 EP 0781070 A1 EP0781070 A1 EP 0781070A1 EP 96402825 A EP96402825 A EP 96402825A EP 96402825 A EP96402825 A EP 96402825A EP 0781070 A1 EP0781070 A1 EP 0781070A1
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EP
European Patent Office
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antenna
microphones
microphone
support
screen
Prior art date
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Application number
EP96402825A
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German (de)
English (en)
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EP0781070B1 (fr
Inventor
Yannick Mahieux
Grégoire Le Tourneur
Alain Saliou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0781070B1 publication Critical patent/EP0781070B1/fr
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • 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
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • 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
    • H04R2201/405—Non-uniform arrays of transducers or a plurality of uniform arrays with different transducer spacing

Definitions

  • the invention relates to an acoustic antenna for a computer workstation.
  • the workstation tends to become a communication interface between the user and the machine, or the workstation, or even between each user, when the workstations are networked.
  • a particularly interesting application of these workstations relates to videoconferencing, application during which several workstations and of course their users can communicate by means of messages conveyed by audio and video links.
  • each workstation allows the user thereof to communicate by video and audio messages independently, in particular of the position of the user, speaker, vis-à-vis the workstation considered, or even, more generally, when several workstations are combined in the same meeting room, within the framework of a meeting by multiple videoconference, regardless of the environmental context thus created, as well as the noise generated by the fans of these workstations, external noise from air conditioning or other, as well as the acoustic echo generated by the speakers of these workstations.
  • the aerial thus formed having the shape of a concave strip placed above the upper face of the video display monitor of the workstation, was considered unattractive by users or potential users.
  • the concave strip constituting the above-mentioned aerial cannot be easily integrated into the terminal of the computer workstation, in particular into the casing of the video display monitor thereof, unless significant modifications of the latter are provided, these modifications being moreover likely to modify the generally satisfactory conditions of sound recording.
  • the object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks of acoustic antennas of the prior art, more particularly intended for computer workstations.
  • An object of the present invention is in particular the implementation of an acoustic antenna for a computer workstation retaining properties of conditions sound recording, capable of being integrated without major difficulty into the video display monitor of the workstation for which it is intended.
  • Another object of the present invention is also the implementation of an acoustic antenna for a computer workstation having, in addition to the aforementioned satisfactory sound-taking condition properties, which, although not easily integrated, has a very discreet appearance and therefore easily aesthetically acceptable to users.
  • the acoustic antenna for computer workstation comprising a display screen, object of the present invention, is remarkable in that it comprises a plurality of microphones connected to a summing circuit, these microphones being distributed in an arrangement to form at least a substantially straight line.
  • the microphones are each spaced apart, relative to a reference microphone placed in the vicinity of the vertical axis of symmetry of the screen according to a determined law, the arrangement thus presenting a substantially cylindrical directivity diagram whose axis of revolution is formed by this straight line.
  • the acoustic antenna, object of the present invention finds application in the implementation of computer workstations, more particularly intended for videoconferencing applications.
  • FIGS. 2a and 2b A more detailed description of the acoustic antenna for computer workstation in accordance with the object of the present invention will now be given in conjunction with FIGS. 2a and 2b.
  • the computer workstation comprises a display monitor or display screen making it possible to carry out the support function of the acoustic antenna object of the present invention.
  • the latter comprises a plurality of microphones, denoted M i , connected to a summing circuit intended, from an incident sound wave OSI, to deliver a corresponding sound signal.
  • the summing circuit is not shown so as not to overload the drawing.
  • the microphones M i are distributed in an arrangement to form at least one line substantially straight, line x'x in Figure 2a.
  • the microphones M i are each spaced relative to a reference microphone, denoted M ir , placed in the vicinity of the vertical axis of symmetry of the screen according to a determined distribution law.
  • the reference microphone M ir allows, for a symmetrical configuration of the distribution of the microphones on the substantially rectilinear line x'x, to produce a configuration symmetrical with respect to the average position of the user speaker.
  • the above-mentioned arrangement of microphones then presents a substantially cylindrical directivity diagram whose axis of revolution is formed by the rectilinear line previously mentioned.
  • the acoustic antenna for computer workstation object of the present invention, corresponds to an embodiment of the "broadside" type.
  • the incident sound wave OSI coming from the speaker, is then perpendicular to the above-mentioned rectilinear line x'x on which the microphones M i are distributed.
  • the arrangement of microphones then presents a directivity diagram in reception which consists of a substantially vertical disk of width D in the plane of azimuth P, that is to say in the plane comprising the angle of azimuth for the reference microphone M ir .
  • the thickness of the disc thus formed in fact corresponds to the width of the main lobe of the directivity diagram on reception of the antenna thus formed.
  • the thickness D of the aforementioned disc is, at a given frequency, inversely proportional to the length of the antenna, that is to say ultimately to the number of microphones M i and their spacing compared to the reference microphone M ir .
  • this embodiment corresponding to an acoustic antenna of the "end-fire" type, the line being substantially rectilinear bears the reference y'y, this line being substantially parallel to the mean direction of propagation of the incident sound wave OSI.
  • the arrangement of microphones has, with respect to the reference microphone M ir , a directivity diagram in reception also substantially cylindrical, the axis of revolution being formed by the above-mentioned rectilinear line.
  • the OSI incident sound wave parallel to the direction of the substantially rectilinear line y'y sees a more directivity diagram in reception insofar as the dimension D relative to the opening of the diagram of directivity in reception substantially corresponds to the diameter of the substantially cylindrical directivity diagram, the opening angle ⁇ of the main lobe being of the order of 80 °.
  • the reference microphone M ir is of course placed in the vicinity of the vertical axis of symmetry of the screen and the successive microphones M i are placed on the right y'y substantially in the vertical plane of symmetry of the aforementioned screen of the corresponding computer workstation.
  • FIG. 2a A more detailed description of the embodiment relating to FIG. 2a corresponding to a "broadside" antenna will now be given in connection with FIG. 3a.
  • the acoustic antenna according to the invention comprises, to make the arrangement of microphones, a plurality of microphones M i distributed on a first substantially horizontal line, placed in the upper part of the screen and at least one microphone placed on a second and a third line x 1 x ' 1 and x 2 x' 2 respectively, the second and the third line being placed perpendicular to the ends of the first line x'x.
  • the microphones of the first, second and third lines are arranged on a plane.
  • the microphones M i are arranged on an antenna support, made for example of plastic material, this antenna support and the corresponding microphones M i being arranged at the top of the filter. of the display screen, as shown in Figure 3a.
  • the antenna support and the microphones can also be placed on the screen itself or on the video monitor comprising this screen. More particularly, it is indicated that the microphone support can be produced by a plastic strip whose height is of the order of a few centimeters, 4 to 5 cm, in the direction orthogonal to the direction of propagation of the OSI incident sound wave.
  • the microphones M i are thus embedded in the support strip and are thus placed 2 or 3 cm in front of the screen itself.
  • the microphones M i and the reference microphone M ir are grouped by interconnection into elementary sub-antennas.
  • FIG 3b there is shown a detail of the antenna of the "broadside" type of Figure 3a, including the subdivision thereof into sub-antennas.
  • the microphones denoted M i0 to M i8 , are by way of nonlimiting example of unidirectional type. They are distributed symmetrically with respect to the central microphone M i0 constituting in fact the reference microphone M ir . The symmetrical distribution is heard on the support in the direction x'x orthogonal to the direction of the incident sound wave OSI.
  • Each microphone is connected to a common summator ⁇ by means of filters, denoted H 1 to H 4 , by means of elementary summers, denoted S 1 to S 4 , each elementary summer S 1 and S 4 in fact defining a sub-antenna.
  • each microphone can advantageously be carried out by means of corresponding switches, denoted I 0 to I 8 , and each elementary summator S 1 to S 4 can be connected to the common summator ⁇ via a filter H 1 to H 4 and a switch in series IS 1 to IS 4 .
  • x kd
  • k a relative integer
  • d an arbitrary distance linked to the cutoff frequency of the filters H 1 to H 4
  • x represents the algebraic value of the abscissa of each microphone with respect to the reference microphone M ir , the microphone M i0 .
  • d 2.13 cm
  • the abscissa of the 9 microphones installed on the support S were as follows: Mi7 Mi5 Mi3 Mi1 Mi0 Mi2 Mi4 Mi6 Mi8 -8d -4d -2d -d 0 d 2d 4d 8d -17.04cm - 8.52 cm - 2.13 cm - 2.13 cm 0 2.13 cm 4.26 cm 8.52 cm 17.04 cm
  • the value of the distance d is chosen as a function of the value of the cutoff frequency of the filters H 1 to H 4 .
  • FIGS. 2a and 3a, 3b appear particularly advantageous insofar as, while it allows entirely satisfactory sound pickup conditions, the integration of the antenna corresponding acoustics do not pose any major difficulty.
  • this embodiment corresponding to a "broadside" type antenna
  • the only solution which can be practically envisaged for increasing the aforementioned rejection rate is to reduce the thickness D of the disc, that is to say the opening dimension of the main lobe of the directivity diagram in reception, by the increase in the number of microphones M i and in the dimensions of the antenna thus produced.
  • the acoustic antenna shown in FIG. 2b is similar to the microphones known by the name of micro guns.
  • the correct set of delays applied to the elementary speech signals delivered by each microphone M i and by the reference microphone M ir are in fact preferred.
  • the directivity diagram on reception is, as shown in FIG. 2b, formed by substantially a cylinder whose base is oriented towards the speaker.
  • the rejection of the environmental noise and the room effect is substantially identical in number of microphones equal to that obtained with the acoustic antenna of the "broadside” type.
  • the opening angle of the main lobe is much greater, of the order of 80 ° instead of 25 ° in the case of the "broadside” type antenna. Consequently, the embodiment of FIG. 2b makes it possible to maintain sufficient speech quality during lateral movements of the speaker relative to the vertical plane of symmetry of the display screen.
  • the acoustic antenna according to the invention is subdivided into sub-antennas.
  • the antenna acoustic, end-fire type is deemed to consist of 9 successive microphones, aligned on a support from the reference microphone M ir designated by M i0 , noted S.
  • the other successive microphones, in the direction of propagation of the OSI incident sound wave, are successively noted M i1 to M i8 .
  • the acoustic antenna according to the invention is subdivided into sub-antennas, each sub-antenna comprising microphones spaced on the rectilinear support by a determined distance.
  • a first sub-antenna is formed by the microphones M i8 to M i6 as well as by the microphones M i4 and by the reference microphone M ir , these microphones being connected to the same elementary adder S 1 , a second elementary antenna formed by the microphones M i6 to M i4 as well as by the microphones M i2 and M ir connected to the same elementary adder S 2 , and a third elementary antenna is finally formed by the microphones M i4 to M i1 and by the reference microphone M ir linked to the same third elementary summator S 3 .
  • the elementary summers S 1 , S 2 , S 3 are connected to a common summator, note ⁇ , delivering the speech signal via, for example, filters, denoted H 1 , H 2 and H 3 .
  • the sound signal delivered by each microphone is then subjected to a corresponding delay by means of a delay circuit, denoted D 0 to D 7 in FIG. 4a, the microphone M i8 not being of course subjected to no delay due to the maximum delay in receiving the audio signal from the speaker received by the latter microphone.
  • the maximum delay is thus provided by the delay circuit D 0 on the sound signal delivered by the reference microphone M ir or M i0 , the value of this delay being successively decreasing for the delays brought by the delay circuits D 1 to D 7 on the sound signals delivered successively by the corresponding microphones M i1 to M i7 .
  • the microphones M ir to M i1 , M i8 are successively spaced on the rectilinear support S by a distance in arithmetic progression of multiple reason of the smallest distance d separating the neighboring microphone from the microphone of reference.
  • k is a positive integer
  • c represents the speed of propagation of the incident sound wave in the ambient medium
  • Fe represents the sampling frequency
  • the microphone M i1 is distant from the microphone M ir , reference microphone, by the distance d
  • the microphones M i2 to M i4 are each at the same distance d.
  • the microphones M i5 and M i6 are distant from the front microphone M i , respectively M i5 by a distance 2d
  • the microphones M i7 and M i8 are distant from the front microphone, respectively M i6 , M i7 by a distance 4d.
  • the delay circuit D 0 makes it possible to apply a delay equal to the sum of the delays introduced by the maximum spacing between the reference microphone M ir and the extreme microphone M i8 , ie a delay corresponding to 16 sampling periods since in fact, the minimum elementary distance d separating two successive microphones corresponds to a time delay in propagation of the incident sound wave equal to a sampling period.
  • the delay circuits D 1 to D 7 make it possible successively to generate a delay equal to 15T, 14T, 13T, 12T, 10T, 8T and 4T where T represents the value of the sampling period of the sound signal delivered by each microphone.
  • d can be arbitrarily, without limitation, chosen to be identical in the case of the "broadside” antenna and in the case of the "end-fire” antenna.
  • delay circuits D 0 to D 7 As regards a practical embodiment of the delay circuits D 0 to D 7 , it is indicated that these delay circuits can be produced, either by analog circuits when the delay is applied directly at the output of each microphone concerned, or, on the contrary, from digital circuits when the delay is applied while the analog-to-digital conversion previously mentioned in the description has already been carried out.
  • the analog or digital embodiment of the delay circuits does not pose any problem since the analog to digital conversion of the speech signals delivered by each microphone can be carried out in a conventional manner from analog digital converters ⁇ , ⁇ .
  • Corresponding embodiments will not be described in detail in the present description because they correspond to techniques known to those skilled in the art.
  • These analog digital converters can be associated with the delay circuits or preferably at the output of the microphones, as mentioned in FIG. 4a by the reference + CAN.
  • the support S is produced from a rigid support, acoustically non-disturbing.
  • the support S can be constituted by a rigid rod forming the rectilinear support and by a plurality of microphone supports, each microphone support being formed by a mechanical part with a double element of substantially symmetrical structure.
  • the microphone supports carry, without limitation, the reference P 0 to P 4 for example.
  • Each microphone support P 0 to P 4 is formed by a mechanical part with a double element of substantially symmetrical structure, a first element of which is intended to ensure the positioning of the corresponding microphone support on the rigid rod S, while a second element is intended to receive and maintain a corresponding microphone.
  • the mechanical part with a double element of substantially symmetrical structure has the shape of an eight, one of the rings of which is threaded on the support S in order to ensure the positioning of the microphone support on the rigid rod S above, and the second ring constituting the second element is intended to receive and maintain a microphone.
  • the mechanical resistance of the microphones on the supports is guaranteed by a forced mounting, for example, or by a locking needle screw, any risk of shifting in position of the microphones being then eliminated.
  • the rod forming the support S is hollow and has a central core.
  • the support rod S is further provided on one of the generating lines of the lateral surface thereof, with a plurality of through holes placing in communication the central core and the external part of the rod, this in order to allow the passage of the connection wires fc from each microphone into the central core.
  • the mechanical parts with double structural element constituting the supports of microphones advantageously have a thickness dimension in the longitudinal direction y'y of the support S as small as possible, so as not to disturb the acoustic characteristics of each microphone.
  • the acoustic antenna, object of the present invention can advantageously include a set of switches, denoted I 0 to I 8 , a switch of this set of switches being placed in serial link on the connection for example to the corresponding delay circuits D 0 to D 7 or to the element summator S 1 .
  • Each switch I 0 to I 8 ensures the connection or non-connection of at least one microphone to the summing circuit ⁇ via the elementary summing circuits. This operating mode then makes it possible to modify the reception diagram of the acoustic antenna according to the invention as a function of the configuration of connection or non-connection of the microphones of the antenna.
  • the switching to a different antenna diagram can also be carried out by switching at the level of the output signals delivered by the sub-antennas, that is to say by the summers S 1 to S 3 .
  • specific switches IS 1 to IS 3 can be provided, as shown in FIG. 4a.
  • a larger lobe for the case where several people are present in front of the work station, can be obtained by replacing the sum at the output of the summator ⁇ by the signal delivered by the summator S 3 , that is to say say by the smaller sub-antenna.
  • the transfer function of the filter associated with the aforementioned sub-antenna is modified accordingly.
  • the elementary delay allowed is equal to the sampling period previously mentioned in the description.
  • this elementary delay proves to be insufficiently precise to point the antenna in the direction of the speaker.
  • one way of achieving such delays consists in placing these microphones so that the delays are multiple of the aforementioned sampling period. It is then no longer necessary, to point in the direction of the speaker, to use costly interpolation techniques in terms of computation time.
  • FIGS. 5a to 5b various directivity diagrams have been shown on reception for a "broadside" type antenna, FIG. 5a, using omnidirectional microphones, 9 microphones as shown in FIG. 2a.
  • the directivity diagram thus represented, the microphones being aligned on the axis of symmetry x'x, present, as mentioned previously, substantially the appearance of a vertical disk, but, more particularly, that of a torus, at least for the main lobe as shown in FIG. 5a.
  • the directivity diagram also includes degenerate side lobes extending in the direction x'x, these side lobes, although present, are not however represented. significantly in Figure 5a, these being masked in the chosen representation.
  • the directivity diagram of an "end-fire" type antenna has also been represented, also comprising 9 microphones placed as shown in FIG. 2b.
  • the microphones are of course placed and aligned in the direction y'y as shown in FIG. 5b, the directions x'x, y'y and z'z of FIG. 5a and of FIG. 5b being identical in order to facilitate the comparison.
  • the reference microphone M ir is placed in the vicinity of the origin of the axes OXYZ, the corresponding directivity diagrams being those carried out in the far field.
  • the directivity diagram has substantially the shape of a cylinder for which the opening of the main lobe is much greater than that of the opening of the main lobe of the directivity diagram of the "broadside antenna""shown in Figure 5a.
  • the speaker is, with respect to the reference microphone M ir , in the direction y'y.
  • FIGs 5c and 5d there is shown, in top view, a top view respectively of Figure 5a in which the side lobes of the directivity diagram are visible, and of Figure 5b in which the rear lobe has been removed by judicious choice of the spacings of the microphones and the delays which are applied to the speech signals generated by the latter.
  • Microphones used in this case are unidirectional.
  • FIG. 5d the directivity diagram of an "end-fire" antenna has been shown for which the microphones are distributed in the direction y'y.
  • a "broadside” type antenna for which the microphones are distributed in the x'x direction and whose directivity diagram is represented in FIG. 5c, it is possible, in accordance with a remarkable aspect of the acoustic antenna object of the invention, to obtain a directivity diagram similar to that of an "end-fire" antenna as shown in FIG. 5d, but subjected to a rotation of ⁇ / 2 by the introduction of delays on the signals delivered by the microphones, the axis of symmetry of the directivity diagram then being the axis x'x.
  • the spatial selectivity of the acoustic antennas used is linked to the ratio of their size to the wavelength considered. In the low frequency domain, the antennas used do little to reduce the effect of the acoustic environment thereof.
  • the increase in selectivity at low frequency requires a significant increase in the size of the antenna if, of course, it is desired to keep the same structure.
  • the end-fire type acoustic antenna in which all the speech signals delivered by each microphone are digitized, it is possible to implement very sophisticated speech signal processing techniques, likely to improve noise rejection and room effect. These processing techniques can consist of Wiener or Ephraim and Malah filtering techniques.
  • the switches mentioned above can then be used so as to switch on demand the antenna of the "end-fire” type or, if necessary, the antenna of the "broadside” type on a privileged microphone, the reference microphone M ir , all the other microphones being for example disconnected.
  • a certain spatial selectivity can however be preserved by switching to a determined smaller sub-antenna.
  • the acoustic antenna, object of the present invention Compared to a single microphone, the acoustic antenna, object of the present invention, whether in its embodiment of "broadside” or “end-fire” type, improves echo control since this type of antenna increases, by its spatial selectivity, the decoupling between the loudspeaker and the sound recording system.
  • the electronic orientation of the main lobe of the antenna can be achieved by the use of devices for interpolating the speech signals delivered by each microphone, such a function of electronic orientation of the main lobe being unable to be optimized. than in the event that a speaker locator system is used.
  • Such a function of electronic orientation of the main lobe finds a privileged application in the context of the use and the application to videoconferencing.

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Abstract

L'invention concerne une antenne acoustique pour station de travail informatique. Elle comprend une pluralité de microphones (Mi) connectés à un circuit sommateur. Les microphones (Mi) sont répartis en un agencement pour former une ligne sensiblement rectiligne et espacés chacun par rapport à un microphone de référence (Mir) placé au voisinage de l'axe de symétrie vertical de l'écran de la station de travail selon une loi déterminée. L'agencement présente un diagramme de directivité sensiblement cylindrique dont l'axe de révolution est formé par la ligne rectiligne. Application à la réalisation de stations de travail informatiques, notamment pour visioconférence. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne une antenne acoustique pour station de travail informatique.
  • A l'heure actuelle, l'utilisation des stations de travail informatiques est appelée à se développer, tant en ce qui concerne les stations de travail monoposte, que les stations de travail multipostes, connectées en réseau.
  • Dans tous les cas, la station de travail tend à devenir une interface de communication entre l'utilisateur et la machine, ou la station de travail, ou même entre chaque utilisateur, lorsque les stations de travail sont connectées en réseau. En particulier, dans ce dernier cas, une application particulièrement intéressante de ces stations de travail concerne la visioconférence, application au cours de laquelle plusieurs stations de travail et bien entendu leurs utilisateurs peuvent communiquer grâce à des messages véhiculés par des liaisons audio et vidéo.
  • Afin de perturber au minimum l'environnement de travail de chaque utilisateur des stations de travail précitées, il est essentiel que chaque station de travail permette à l'utilisateur de celle-ci de communiquer par messages vidéo et audio indépendamment, notamment, de la position de l'utilisateur, locuteur, vis-à-vis de la station de travail considérée, ou même, plus généralement, lorsque plusieurs stations de travail sont réunies dans une même salle de réunion, dans le cadre d'une réunion en visioconférence multiple, indépendamment du contexte d'environnement ainsi créé, ainsi que des bruits engendrés par les ventilateurs de ces stations de travail, bruits externes de climatisation ou autres, ainsi que l'écho acoustique engendré par les haut-parleurs de ces stations de travail.
  • Les stations de travail informatiques classiques disponibles actuellement dans le commerce, même si ces stations sont équipées de moyens de traitement dits "multimédia" tels que notamment microphones et haut-parleurs, cartes audio de numérisation et cartes vidéo au standard MPEG, ne peuvent prétendre réaliser de telles fonctions.
  • Des travaux plus récents ont été réalisés afin de mettre en oeuvre des stations de travail informatique équipées d'antennes acoustiques performantes, permettant de réaliser les fonctions précitées. Les solutions retenues, par exemple selon la demande de brevet français n° 94 08809, déposée le 15.07.1994 au nom des mêmes inventeurs, introduite dans le présent texte à titre de référence, ont permis la mise en oeuvre de stations de travail informatiques équipées d'une antenne acoustique de type "cylindrique". Ce type d'antenne acoustique comprend en fait un aérien constitué par une pluralité de microphones répartis sur une surface concave. Il présente de bonnes performances en ce qui concerne la sélectivité et la directivité de la prise de son du locuteur, indépendamment du contexte de l'environnement de ce dernier, et du couplage avec le ou les haut-parleurs.
    Toutefois, l'aérien ainsi constitué présentant la forme d'une bande concave placée au-dessus de la face supérieure du moniteur d'affichage vidéo de la station de travail a été jugé peu esthétique par les utilisateurs ou utilisateurs potentiels. En outre, la bande concave constituant l'aérien précité ne peut pas être facilement intégrée au terminal de la station de travail informatique, notamment au boîtier du moniteur d'affichage vidéo de celle-ci, sauf à prévoir des modifications importantes de ce dernier, ces modifications étant en outre susceptibles de modifier les conditions globalement satisfaisantes de prise de son.
  • La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précités des antennes acoustiques de l'art antérieur plus particulièrement destinées aux stations de travail informatiques.
  • Un objet de la présente invention est notamment la mise en oeuvre d'une antenne acoustique pour station de travail informatique conservant des propriétés de conditions de prise de son satisfaisantes, susceptible d'être intégrée sans difficulté majeure au moniteur d'affichage vidéo de la station de travail à laquelle elle est destinée.
  • Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'une antenne acoustique pour station de travail informatique présentant, outre les propriétés de condition de prise de son satisfaisantes précitées, laquelle, bien que non intégrable facilement, présente une apparence très discrète et donc facilement acceptable esthétiquement pour les utilisateurs.
  • L'antenne acoustique pour station de travail informatique comportant un écran de visualisation, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comprend une pluralité de microphones connectés à un circuit sommateur, ces microphones étant répartis en un agencement pour former au moins une ligne sensiblement rectiligne. Les microphones sont en outre espacés chacun, par rapport à un microphone de référence placé au voisinage de l'axe de symétrie vertical de l'écran selon une loi déterminée, l'agencement présentant ainsi un diagramme de directivité sensiblement cylindrique dont l'axe de révolution est formé par cette ligne rectiligne.
  • L'antenne acoustique, objet de la présente invention, trouve application à la mise en oeuvre de stations de travail informatiques, plus particulièrement destinées à des applications de visioconférence.
  • Elle sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels, outre la figure 1 relative à l'art antérieur,
    • la figure 2a représente un schéma de principe d'une antenne acoustique conforme à l'objet de la présente invention, de type "broadside" en vocable anglo-saxon ;
    • la figure 2b représente un schéma de principe d'une antenne acoustique conforme à l'objet de la présente invention, de type "end-fire" en vocable anglo-saxon ;
    • la figure 3a représente un mode de réalisation préférentiel d'une antenne acoustique de type "broadside" telle que représentée en figure 2a ;
    • la figure 3b représente un détail de réalisation de l'antenne acoustique de type "broadside" de la figure 3a ;
    • la figure 4a représente un mode de réalisation non limitatif d'une antenne acoustique de type "end-fire" telle que représentée en figure 2b ;
    • la figure 4b représente un mode de réalisation structurel de l'antenne acoustique telle que représentée en figure 4a ;
    • la figure 4c représente une vue en coupe selon un plan de symétrie longitudinale de l'antenne acoustique représentée en figure 4b ;
    • la figure 4d représente une antenne acoustique de type "end-fire" placée sur le bord supérieur du moniteur d'affichage d'une station de travail ;
    • les figures 5a à 5d représentent différents diagrammes de directivité en réception pour différentes antennes acoustiques, objets de la présente invention.
  • Une description plus détaillée de l'antenne acoustique pour station de travail informatique conforme à l'objet de la présente invention sera maintenant donnée en liaison avec les figures 2a et 2b.
  • D'une manière générale, on indique que la station de travail informatique comprend un moniteur d'affichage ou écran de visualisation permettant de réaliser la fonction de support de l'antenne acoustique objet de la présente invention.
  • En outre, on indique que celle-ci comprend une pluralité de microphones, notés Mi, connectés à un circuit sommateur destiné, à partir d'une onde sonore incidente OSI, à délivrer un signal sonore correspondant. Sur les figures 2a et 2b, le circuit sommateur n'est pas représenté afin de ne pas surcharger le dessin. Les microphones Mi sont répartis en un agencement pour former au moins une ligne sensiblement rectiligne, la ligne x'x sur la figure 2a. Les microphones Mi sont espacés chacun par rapport à un microphone de référence, noté Mir, placé au voisinage de l'axe de symétrie verticale de l'écran selon une loi de répartition déterminée. On comprend ainsi que le microphone de référence Mir permet, pour une configuration symétrique de la répartition des microphones sur la ligne sensiblement rectiligne x'x, de réaliser une configuration symétrique par rapport à la position moyenne du locuteur utilisateur. L'agencement de microphones précités présente alors un diagramme de directivité sensiblement cylindrique dont l'axe de révolution est formé par la ligne rectiligne précédemment mentionnée.
  • Dans le cas de la figure 2a, on indique que l'antenne acoustique pour station de travail informatique, objet de la présente invention, correspond à un mode de réalisation de type "broadside". Dans un tel cas, on indique que l'onde sonore incidente OSI, issue du locuteur, est alors perpendiculaire à la ligne rectiligne x'x précitée sur laquelle les microphones Mi sont répartis. L'agencement de microphones présente alors un diagramme de directivité en réception qui est constitué par un disque sensiblement vertical de largeur D dans le plan d'azimut P, c'est-à-dire dans le plan comportant l'angle d'azimut pour le microphone de référence Mir.
  • Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2a, on indique que l'épaisseur du disque ainsi formé correspond en fait à la largeur du lobe principal du diagramme de directivité en réception de l'antenne ainsi constituée. Dans un tel cas, on indique que l'épaisseur D du disque précité est, à une fréquence donnée, inversement proportionnelle à la longueur de l'antenne, c'est-à-dire finalement au nombre de microphones Mi et à leur espacement par rapport au microphone de référence Mir.
  • Dans le cas du mode de réalisation de la figure 2b, ce mode de réalisation correspondant à une antenne acoustique de type "end-fire", la ligne sensiblement rectiligne porte la référence y'y, cette ligne étant sensiblement parallèle à la direction moyenne de propagation de l'onde sonore incidente OSI. Dans un tel cas, l'agencement de microphones présente, par rapport au microphone de référence Mir, un diagramme de directivité en réception également sensiblement cylindrique, l'axe de révolution étant formé par la ligne rectiligne précitée. Dans ce cas cependant, l'onde sonore incidente OSI parallèle à la direction de la ligne sensiblement rectiligne y'y, voit au contraire un diagramme de directivité en réception plus étendu dans la mesure où la dimension D relative à l'ouverture du diagramme de directivité en réception correspond sensiblement au diamètre du diagramme de directivité sensiblement cylindrique, l'angle d'ouverture θ du lobe principal étant de l'ordre de 80°. Dans ce cas également, le microphone de référence Mir est bien sur placé au voisinage de l'axe de symétrie vertical de l'écran et les microphones successifs Mi sont placés sur la droite y'y sensiblement dans le plan de symétrie vertical de l'écran précité de la station de travail informatique correspondante.
  • Une description plus détaillée du mode de réalisation relatif à la figure 2a correspondant à une antenne "broadside", sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3a.
  • Dans le mode de réalisation de la figure 3a, on indique que l'antenne acoustique selon l'invention comprend, pour réaliser l'agencement de microphones, une pluralité de microphones Mi répartis sur une première ligne sensiblement horizontale, placés en partie supérieure de l'écran et au moins un microphone placé sur une deuxième et une troisième ligne x1x'1 et x2x'2 respectivement, la deuxième et la troisième ligne étant placée perpendiculairement aux extrémités de première ligne x'x. Conformément à un aspect particulièrement avantageux de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, les microphones des première, deuxième et troisième lignes sont disposés sur un plan.
  • De préférence, ainsi que représenté également en figure 3a, les microphones Mi sont disposés sur un support d'antenne, réalisé par exemple en matériau plastique, ce support d'antenne et les microphones correspondants Mi étant disposés à la partie supérieure du filtre de l'écran de visualisation, ainsi que représenté sur la figure 3a. Le support d'antenne et les microphones peuvent également être placés sur l'écran lui-même ou sur le moniteur vidéo comprenant cet écran. De manière plus particulière, on indique que le support de microphone peut être réalisé par une réglette en matériau plastique dont la hauteur est de l'ordre de quelques centimètres, 4 à 5 cm, dans la direction orthogonale à la direction de propagation de l'onde sonore incidente OSI. Les microphones Mi sont ainsi encastrés dans la réglette support et se trouvent ainsi placés à 2 ou 3 cm en avant de l'écran proprement dit. Un tel agencement s'est révélé satisfaisant du point de vue acoustique dans la mesure où une telle mise en place des microphones ne perturbe pas la prise sonore de l'onde sonore incidente OSI. On indique que, de manière classique, les microphones Mi et le microphone de référence Mir sont regroupés par interconnexion en sous-antennes élémentaires.
  • Sur la figure 3b, on a représenté un détail de réalisation de l'antenne de type "broadside" de la figure 3a, notamment la subdivision de celle-ci en sous-antennes. Les microphones, notés Mi0 à Mi8, sont à titre d'exemple non limitatif de type unidirectionnel. Ils sont répartis symétriquement par rapport au microphone central Mi0 constituant en fait le microphone de référence Mir. La répartition symétrique s'entend sur le support dans la direction x'x orthogonale à la direction de l'onde sonore incidente OSI. Chaque microphone est relié à un sommateur commun Σ par l'intermédiaire de filtres, notés H1 à H4, par l'intermédiaire de sommateurs élémentaires, notés S1 à S4, chaque sommateur élémentaire S1 et S4 définissant en fait une sous-antenne.
  • Dans l'exemple de réalisation de la figure 3b,
    • le microphone de référence Mi0 est connecté aux quatre sommateurs élémentaires S1 à S4 ;
    • les microphones M13, M14, respectivement adjacents aux microphones précédents Mi1, Mi2, aux sommateurs élémentaires S4, S3 ;
    • les microphones successifs Mi5, Mi6 respectivement adjacents aux microphones précédents Mi3, Mi4, aux sommateurs élémentaires S3, S2 ;
    • les microphones successifs Mi7, Mi8 respectivement adjacents aux microphones précédents Mi5, Mi6, aux sommateurs élémentaires S1 et S2.
  • La connexion de chaque microphone aux sommateurs élémentaires précités peut être avantageusement réalisée par l'intermédiaire de commutateurs correspondants, notés I0 à I8, et chaque sommateur élémentaire S1 à S4 peut être connecté au sommateur commun Σ par l'intermédiaire d'un filtre H1 à H4 et d'un commutateur en série IS1 à IS4. La loi de répartition spatiale des microphones symétriquement par rapport au microphone de référence Mi0, selon la direction x'x est de la forme : x = k.d.
    Figure imgb0001
     Dans cette relation, k est un entier relatif, d représente une distance arbitraire liée à la fréquence de coupure des filtres H1 à H4, x représente la valeur algébrique de l'abscisse de chaque microphone par rapport au microphone de référence Mir, le microphone Mi0.
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, d = 2,13 cm, les abscisses des 9 microphones installés sur le support S étaient les suivantes :
    Mi7 Mi5 Mi3 Mi1 Mi0 Mi2 Mi4 Mi6 Mi8
    -8d -4d -2d -d 0 d 2d 4d 8d
    -17,04cm -8,52 cm -2,13 cm -2,13 cm 0 2,13 cm 4,26 cm 8,52 cm 17,04 cm
  • On indique alors que la valeur de la distance d est choisie en fonction de la valeur de la fréquence de coupure des filtres H1 à H4.
  • Le mode de réalisation d'antenne "broadside" selon les figures 2a et 3a, 3b apparaît particulièrement intéressant dans la mesure où, alors qu'il permet des conditions de prise sonore tout-à-fait satisfaisantes, l'intégration de l'antenne acoustique correspondante ne pose pas de difficulté majeure.
  • Bien entendu, et afin d'accroître le taux de réjection des bruits d'environnement et de l'effet de salle, ceci notamment en vue d'application à des stations de travail de visioconférence, dans le cas du mode de réalisation selon la figure 2a de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, ce mode de réalisation correspondant à une antenne de type "broadside", la seule solution qui puisse être pratiquement envisagée pour augmenter le taux de réjection précité, est de réduire l'épaisseur D du disque, c'est-à-dire la dimension d'ouverture du lobe principal du diagramme de directivité en réception, par l'augmentation du nombre de microphones Mi et des dimensions de l'antenne ainsi réalisée.
  • Toutefois, l'augmentation des dimensions et du nombre de microphones ne peut être envisagée au-delà d'une certaine limite, notamment en raison des difficultés d'intégration d'une antenne qui présenterait des dimensions trop importantes par rapport aux dimensions du moniteur d'affichage. En outre, lorsque l'épaisseur D du disque, dimension d'ouverture du lobe principal, diminue au-delà d'une certaine valeur, le moindre déplacement du locuteur par rapport au plan de symétrie du microphone de référence Mir et en définitive du plan de symétrie de l'écran de visualisation, a pour effet d'entraîner une réduction très forte du signal de parole transmis car le locuteur se trouve alors en dehors de la zone de sensibilité maximale du lobe principal du diagramme de directivité en réception.
  • Pour cette raison, et conformément à un même aspect de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, un deuxième mode de réalisation, de type "end-fire", a été développé, ce mode de réalisation correspondant à l'antenne acoustique telle que décrite en liaison avec la figure 2b.
  • D'une manière générale, on indique que l'antenne acoustique représentée en figure 2b s'apparente aux micros connus sous le nom de micros canons. En outre, par le jeu correct de retards appliqués aux signaux de parole élémentaire délivrés par chaque microphone Mi et par le microphone de référence Mir, les ondes sonores émises par le locuteur, l'onde sonore incidente OSI étant dans le prolongement de l'alignement des microphones dans le cas précité, sont en fait privilégiées.
  • Compte tenu de la configuration des microphones et des retards apportés, le diagramme de directivité en réception est, ainsi que représenté en figure 2b, formé par sensiblement un cylindre dont la base est orientée vers le locuteur.
  • La réjection du bruit d'environnement et de l'effet de salle est sensiblement identique en nombre de microphones égal à celle obtenue avec l'antenne acoustique de type "broadside". Toutefois, l'angle d'ouverture du lobe principal est très supérieur, de l'ordre de 80° au lieu de 25° dans le cas de l'antenne de type "broadside". En conséquence, le mode de réalisation de la figure 2b permet de conserver une qualité de parole suffisante lors des déplacements latéraux du locuteur par rapport au plan de symétrie vertical de l'écran de visualisation.
  • Une description plus détaillée d'un mode de réalisation préférentiel de l'antenne acoustique de type "end-fire" représenté en figure 2b sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4a.
  • D'une manière générale, on indique que l'antenne acoustique selon l'invention est subdivisée en sous-antennes. Dans le mode de réalisation de la figure 4a, l'antenne acoustique, de type "end-fire", est réputée constituée de 9 microphones successifs, alignés sur un support à partir du microphone de référence Mir désigné par Mi0, noté S. Les autres microphones successifs, dans la direction de propagation de l'onde sonore incidente OSI, sont notés successivement Mi1 à Mi8. Ainsi qu'on l'observera sur la figure 4a, l'antenne acoustique selon l'invention est subdivisée en sous-antennes,chaque sous-antenne comprenant des microphones espacés sur le support rectiligne d'une distance déterminée. Ainsi, une première sous-antenne est formée par les microphones Mi8 à Mi6 ainsi que par les microphones Mi4 et par le microphone de référence Mir, ces microphones étant reliés à un même sommateur élémentaire S1, une deuxième antenne élémentaire formée par les microphones Mi6 à Mi4 ainsi que par les microphones Mi2 et Mir reliés à un même sommateur élémentaire S2, et une troisième antenne élémentaire est enfin formée par les microphones Mi4 à Mi1 et par le microphone de référence Mir reliés à un même troisième sommateur élémentaire S3. Bien entendu, les sommateurs élémentaires S1, S2, S3 sont reliés à un sommateur commun, note Σ, délivrant le signal de parole par l'intermédiaire par exemple de filtres, notés H1, H2 et H3.
  • Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, cette antenne comportant des moyens de conversion analogique numérique du signal sonore délivré par chaque microphone Mi par échantillonnage à une fréquence d'échantillonnage Fe donnée, chaque microphone est distant du microphone de référence Mir selon une loi de distance telle que les retards de réception par chaque microphone d'une onde sonore incidente OSI soient multiples de la période d'échantillonnage T = 1/Fe.
  • Bien entendu, le signal sonore délivré par chaque microphone est alors soumis à un retard correspondant par l'intermédiaire d'un circuit de retard, noté D0 à D7 sur la figure 4a, le microphone Mi8 n'étant bien entendu soumis à aucun retard en raison du retard maximum de réception du signal sonore provenant du locuteur, reçu par ce dernier microphone.
  • Ainsi que représenté sur la figure 4a, on comprend que le retard maximum est ainsi apporté par le circuit de retard D0 sur le signal sonore délivré par le microphone de référence Mir ou Mi0, la valeur de ce retard étant successivement décroissante pour les retards apportés par les circuits de retard D1 à D7 sur les signaux sonores délivrés successivement par les microphones Mi1 à Mi7 correspondants.
  • La loi de répartition des microphones, microphones de référence Mir et microphones successifs Mi1 à Mi8, sur le support S, cette loi de répartition permettant bien entendu d'engendrer des retards successifs sur le signal de l'onde sonore incidente OSI selon une loi de retard déterminée, et les retards correspondants apportés par chaque circuit de retard D0 à D7, permettent, au niveau de chaque sommateur élémentaire S1 à S3, et finalement au niveau du sommateur global Σ, d'assurer une sommation en phase des signaux de parole délivrés par chaque microphone constitutif de l'antenne acoustique selon l'invention, et de privilégier ainsi l'onde sonore incidente OSI issue du locuteur dans le lobe de rayonnement de réception précédemment mentionné dans la description.
  • De manière plus particulière, on indique que les microphones Mir à Mi1, Mi8 sont successivement espacés sur le support rectiligne S d'une distance en progression arithmétique de raison multiple de la distance la plus faible d séparant le microphone voisin du microphone de référence. Ainsi, la distance séparant deux microphones successifs est de la forme : x = k.d = k c Fe .
    Figure imgb0002
  • Dans la relation précédente, on indique que k est un entier positif, c représente la vitesse de propagation de l'onde sonore incidente dans le milieu ambiant et Fe représente la fréquence d'échantillonnage.
  • Dans le mode de réalisation tel que représenté en figura 4a, et compte tenu des indications précédentes, on indique que le microphone Mi1 est distant du microphone Mir, microphone de référence, de la distance d, les microphones Mi2 à Mi4 sont distants chacun à chacun d'une même distance d. Les microphones Mi5 et Mi6 sont distants du microphone antérieur Mi, respectivement Mi5 d'une distance 2d, et enfin, les microphones Mi7 et Mi8 sont distants du microphone antérieur, respectivement Mi6, Mi7 d'une distance 4d. En conséquence, et afin d'assurer un retard convenable du signal sonore délivré par chaque microphone, le circuit retardateur D0 permet d'appliquer un retard égal à la somme des retards introduits par l'espacement maximum entre le microphone de référence Mir et le microphone extrême Mi8, soit un retard correspondant à 16 périodes d'échantillonnage puisque en fait, la distance élémentaire d minimale séparant deux microphones successifs correspond à un retard temporel de propagation de l'onde sonore incidente égal à une période d'échantillonnage.
  • De la même manière, les circuits de retards D1 à D7 permettent successivement d'engendrer un retard égal à 15T, 14T, 13T, 12T, 10T, 8T et 4T où T représente la valeur de la période d'échantillonnage du signal sonore délivré par chaque microphone.
  • On indique que des développements ont été réalisés pour une antenne acoustique de type "end-fire" telle que décrite précédemment et pour une fréquence d'échantillonnage Fe = 16 kHz. Dans ces conditions, la distance minimale entre microphones est donnée par la relation : d = c Fe = 2,13 cm.
    Figure imgb0003
  • Les abscisses des 9 microphones installés sur le support S étaient alors les suivantes :
    0 d 2d 3d 4d 6d 8d 12d 16d
    0 cm 2,13 cm 4,26 cm 6,39 cm 8,52 cm 12,78 cm 17,04 cm 25,56 cm 34,08cm
  • La valeur de d peut de manière arbitraire non limitative être choisie identique dans le cas de l'antenne "broadside" et dans le cas de l'antenne "end-fire".
  • En ce qui concerne un mode de réalisation pratique des circuits de retard D0 à D7, on indique que ces circuits de retard peuvent être réalisés, soit par des circuits analogiques lorsque le retard est appliqué directement en sortie de chaque microphone concerné, soit, au contraire, à partir de circuits numériques lorsque le retard est appliqué alors que la conversion analogique numérique précédemment mentionnée dans la description a déjà été réalisée. Le mode de réalisation analogique ou numérique des circuits de retard ne pose aucun problème car la conversion analogique numérique des signaux de parole délivrés par chaque microphone peut être réalisée de manière classique à partir de convertisseurs analogiques numériques Δ, Σ. Des modes de réalisation correspondants ne seront pas décrits en détail dans la présente description car ils correspondent à des techniques connues de l'homme de l'art. Ces convertisseurs analogiques numériques peuvent être associés aux circuits de retard ou de préférence en sortie des microphones, ainsi que mentionné en figure 4a par la référence +CAN.
  • La réalisation pratique au plan mécanique de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, telle que représentée en figure 2b ou 4a, présente par contre des spécificités particulières permettant une mise en oeuvre élaborée de l'antenne acoustique selon l'invention.
  • D'une manière générale, on indique que le support S est réalisé à partir d'un support rigide, acoustiquement non perturbant.
  • D'une manière plus particulière, ainsi que représenté en figure 4b, le support S peut être constitué par une tige rigide formant le support rectiligne et par une pluralité de supports de microphones, chaque support de microphone étant formé par une pièce mécanique à double élément de structure sensiblement symétriques.
  • Sur la figure 4b, les supports microphones portent de manière non limitative la référence P0 à P4 par exemple. Chaque support de microphone P0 à P4 est formé par une pièce mécanique à double élément de structure sensiblement symétriques, dont un premier élément est destiné à assurer la mise en place du support de microphone correspondant sur la tige rigide S, alors qu'un deuxième élément est destiné à recevoir et à assurer le maintien d'un microphone correspondant. Sur la figure 4b, la pièce mécanique à double élément de structure sensiblement symétriques présente la forme d'un huit dont l'un des anneaux est enfilé sur le support S afin d'assurer la mise en place du support de microphone sur la tige rigide S précitée, et dont le deuxième anneau constituant deuxième élément est destiné à recevoir et assurer le maintien d'un microphone. La tenue mécanique des microphones sur les supports est garantie par un montage à force, par exemple, ou par une vis pointeau de blocage, tout risque de décalage en position des microphones étant alors supprimé.
  • Sur la figure 4c, on a représenté une vue en coupe selon le plan de coupe longitudinal Q de la figure 4b.
  • Ainsi que représenté sur la figure 4c précitée, on indique que la tige formant le support S est creuse et comporte une âme centrale. La tige formant support S est en outre munie sur l'une des lignes génératrices de la surface latérale de celle-ci, d'une pluralité de trous traversants mettant en communication l'âme centrale et la partie extérieure de la tige, ceci afin de permettre le passage des fils de connexion fc de chaque microphone dans l'âme centrale. Enfin, on indique que les pièces mécaniques à double élément de structure constituant les supports de microphones présentent avantageusement une dimension d'épaisseur dans la direction y'y longitudinale du support S la plus faible possible, afin de ne pas perturber les caractéristiques acoustiques de chaque microphone.
  • En outre, ainsi que représenté en figure 4a, l'antenne acoustique, objet de la présente invention, peut comporter avantageusement un jeu de commutateurs, notés I0 à I8, un commutateur de ce jeu de commutateurs étant placé en liaison série sur la connexion par exemple aux circuits retardateurs correspondants D0 à D7 ou au sommateur élément S1. Chaque commutateur I0 à I8 permet d'assurer la connexion ou la non-connexion d'au moins un microphone au circuit sommateur Σ par l'intermédiaire des circuits sommateurs élémentaires. Ce mode opératoire permet alors de modifier le diagramme de réception de l'antenne acoustique selon l'invention en fonction de la configuration de connexion ou de non-connexion des microphones de l'antenne. En fait, le basculement sur un diagramme d'antenne différent peut également être réalisé par commutation au niveau des signaux de sortie délivrés par les sous-antennes, c'est-à-dire par les sommateurs S1 à S3. A cet effet, des commutateurs spécifiques IS1 à IS3 peuvent être prévus, tels que représentés en figure 4a. Par exemple, un lobe plus large, pour le cas où plusieurs personnes sont présentes devant la station de travail, peut être obtenu en remplaçant la somme en sortie du sommateur Σ par le signal délivré par le sommateur S3, c'est-à-dire par la sous-antenne de plus faible taille. La fonction de transfert du filtre associé à la sous-antenne précitée est modifiée en conséquence. Dans cette hypothèse, le commutateur IS3 est fermé et les commutateurs IS1 et IS2 ouverts, le signal délivré par le sommateur S3 étant seul transmis au sommateur Σ. Ce mode opératoire apparaît intéressant pour l'antenne "broadside" notamment, telle que représentée en figure 3b, le basculement étant effectué à partir des commutateurs I0 à I8 et/ou IS1 à IS4 par exemple.
  • D'une manière générale, en ce qui concerne la mise en oeuvre de l'antenne rectiligne objet de présente invention, on indique, tant en ce qui concerne les antennes de type "broadside" que les antennes de type "end-fire", qu'il existe une condition minimale relative à la distance entre microphones de façon à éviter le phénomène de perturbation, connu sous le nom anglo-saxon de "aliasing".
  • Pour les antennes de type "broadside", la condition est d < λ où λ désigne la longueur d'onde de l'onde sonore incidente.
    Pour une antenne de type "end-fire", cette condition s'écrit d < λ/2.
    En conséquence, il en résulte qu'une antenne de type "end-fire" présente une taille moindre qu'une antenne de type "broadside", ce qui permet d'obtenir bien entendu une meilleure compacité de l'antenne ainsi réalisée.
  • Dans les deux cas, une fois que les signaux délivrés par les microphones ont été numérisés, le retard élémentaire permis est égal à la période d'échantillonnage précédemment mentionnée dans la description. Ce retard élémentaire s'avère toutefois insuffisamment précis pour assurer le pointage de l'antenne dans la direction du locuteur. Selon une caractéristique avantageuse des antennes acoustiques, objets de la présente invention, une manière de réaliser de tels retards consiste à disposer ces microphones de manière à ce que les retards soient multiples de la période d'échantillonnage précitée. Il n'est plus alors nécessaire, pour effectuer le pointage dans la direction du locuteur, de faire appel à des techniques d'interpolation coûteuses en terme de temps de calcul.
  • Sur les figures 5a à 5b, on a représenté différents diagrammes de directivité en réception pour une antenne de type "broadside", figure 5a, mettant en oeuvre des microphones omnidirectionnels, 9 microphones ainsi que représenté sur la figure 2a. Le diagramme de directivité ainsi représenté, les microphones étant alignés sur l'axe de symétrie x'x, présentent, ainsi que mentionné précédemment, sensiblement l'allure d'un disque vertical, mais, de manière plus particulière, celle d'un tore, au moins pour le lobe principal tel que représenté en figure 5a. On indique toutefois que, en fonction du groupement des microphones et de leur espacement, le diagramme de directivité comprend également des lobes latéraux dégénérés s'étendant dans la direction x'x, ces lobes latéraux, bien que présents, n'étant toutefois pas représentés de manière significative sur la figure 5a, ceux-ci étant masqués dans la représentation choisie.
  • Sur la figure 5b, on a représenté au contraire le diagramme de directivité d'une antenne de type "end-fire" comportant également 9 microphones placés ainsi que représenté en figure 2b. Les microphones sont bien entendu placés et alignés dans la direction y'y tel que représenté en figure 5b, les directions x'x, y'y et z'z de la figure 5a et de la figure 5b étant identiques afin de faciliter la comparaison. Dans le cas de la figure 5a et de la figure 5b, on indique que le microphone de référence Mir est placé au voisinage de l'origine des axes OXYZ, les diagrammes de directivité correspondants étant ceux réalisés en champ lointain.
  • Sur la figure 5b, on constate que le diagramme de directivité présente sensiblement la forme d'un cylindre pour lequel l'ouverture du lobe principal est très supérieure à celle de l'ouverture du lobe principal du diagramme de directivité de l'antenne "broadside" représenté en figure 5a. Dans les deux cas, le locuteur se trouve, par rapport au microphone de référence Mir, dans la direction y'y.
  • Sur les figures 5c et 5d, on a représenté, en vue de dessus, une vue de dessus respectivement de la figure 5a dans laquelle les lobes latéraux du diagramme de directivité sont apparents, et de la figure 5b dans laquelle le lobe arrière a été supprimé par choix judicieux des espacements des microphones et des retards qui sont appliqués aux signaux de parole engendrés par ces derniers. Les microphones utilisés dans ce cas sont unidirectionnels.
  • Sur la figure 5d, on a représenté le diagramme de directivité d'une antenne "end-fire" pour laquelle les microphones sont répartis dans la direction y'y. A partir d'une antenne de type "broadside", pour laquelle les microphones sont répartis dans la direction x'x et dont le diagramme de directivité est représenté en figure 5c, il est possible, conformément à un aspect remarquable de l'antenne acoustique objet de l'invention, d'obtenir un diagramme de directivité analogue à celui d'une antenne "end-fire" tel que représenté en figure 5d, mais soumis à une rotation de π/2 par l'introduction de retards sur les signaux délivrés par les microphones, l'axe de symétrie du diagramme de directivité étant alors l'axe x'x.
  • Dans les deux cas, la sélectivité spatiale des antennes acoustiques mises en oeuvre est liée au rapport de leur taille à la longueur d'onde considérée. Dans le domaine des basses fréquences, les antennes mises en oeuvre réduisent peu l'effet de l'environnement acoustique de celles-ci.
  • Dans le cas de la mise en oeuvre d'une antenne de type "broadside" telle que représentée en figure 2a, l'ajout de deux microphones latéraux, ainsi que représenté en figure 3, permet de pallier en partie ce défaut.
  • En ce qui concerne toutefois l'antenne acoustique de type "end-fire", l'accroissement de la sélectivité en basse fréquence nécessite une augmentation notable de la taille de l'antenne si bien entendu l'on souhaite conserver la même structure. Dans le cas de l'antenne acoustique de type "end-fire" dans lequel la numérisation de tous les signaux de parole délivrés par chaque microphone est réalisée, il est possible de mettre en oeuvre des techniques de traitement du signal de parole très sophistiquées, susceptibles d'améliorer la réjection des bruits et de l'effet de salle. Ces techniques de traitement peuvent consister en des techniques de filtrage de Wiener ou d'Ephraïm et Malah.
  • De la même manière et en particulier dans le cas de l'antenne de type "end-fire", il est possible de modifier la forme du lobe principal du diagramme de directivité, notamment dans le cas où plusieurs personnes situées devant le terminal informatique de travail souhaitent prendre part à la communication, notamment dans le cas d'une application à la visioconférence. Le basculement peut être effectué sur une sous-antenne. En outre, l'amélioration de qualité apportée par l'antenne acoustique, objet de la présente invention, de l'un ou l'autre type est également significative pour un locuteur distant.
  • Dans un tel cas, les commutateurs mentionnés précédemment peuvent alors être utilisés de façon à commuter à la demande l'antenne de type "end-fire" ou, le cas échéant, l'antenne de type "broadside" sur un microphone privilégié, le microphone de référence Mir, tous les autres microphones étant par exemple déconnectés.
  • Une certaine sélectivité spatiale peut toutefois être conservée en commutant sur une sous-antenne déterminée de plus petite taille.
  • Par rapport à un microphone unique, l'antenne acoustique, objet de la présente invention, que ce soit dans son mode de réalisation de type "broadside" ou "end-fire", améliore le contrôle de l'écho puisque ce type d'antenne augmente, de par sa sélectivité spatiale, le découplage entre le haut-parleur et le système de prise de son.
  • Toutefois, lorsqu'un annuleur d'écho est utilisé, la réduction du couplage est plus forte dans les hautes fréquences que dans le domaine des basses fréquences, et il est donc nécessaire de prévoir une adaptation des paramètres de l'annuleur d'écho en conséquence.
  • De la même manière, dans le cas de la modification du lobe principal du diagramme de directivité en réception ou dans le cas de l'orientation de celui-ci, il est nécessaire d'adapter le fonctionnement de l'annuleur d'écho à ces modifications. Cette adaptation est nécessaire, notamment dans les applications de visioconférence ou même dans le cas des applications de terminal informatique individuel.
  • En outre, on indique que l'obtention d'un diagramme de directivité en réception se rapprochant de celui d'une antenne de type "end-fire" peut être réalisée à partir d'une antenne de type "broadside", sauf en ce qui concerne la réjection des ondes arrière, ainsi que mentionné précédemment en liaison avec les figures 5c et 5d. En effet, on comprend qu'il est possible, conformément à un aspect particulièrement remarquable de l'antenne acoustique, objet de la présente invention, de passer de l'antenne de type "broadside" telle que représentée figures 3a, 3b, à l'antenne de type "end-fire" telle que représentée en figures 4a, 4b, par une adaptation ou transformation géométrique consistant :
    • à replier l'antenne "broadside" à 180° autour du microphone de référence Mir, Mi0 ;
    • à décaler les microphones confondus de la distance séparant ces derniers du microphone adjacent, avant repliement, les microphones étant bien entendu réorientés par rotation vers la direction de l'onde sonore incidente OSI.
  • Bien entendu, la transformation inverse permet de passer de l'antenne de type "end-fire" à l'antenne de type "broadside".
  • La transformation précitée a pour effet, le retard de propagation de phase de l'onde sonore incidente OSI étant compensé, sur l'antenne de type "end-fire", par les circuits de retard appropriés, de produire des diagrammes de directivité en réception se rapprochant dans l'un et l'autre cas, dans les conditions précédemment décrites dans la description, avec une facilité d'intégration accrue, respectivement une apparence beaucoup plus discrète.
  • Enfin, l'orientation électronique du lobe principal de l'antenne peut être réalisée grâce à la mise en oeuvre de dispositifs d'interpolation des signaux de parole délivrés par chaque microphone, une telle fonction d'orientation électronique du lobe principal ne pouvant être optimisée que dans le cas où un système de localisation du locuteur est utilisé. Une telle fonction d'orientation électronique du lobe principal trouve une application privilégiée dans le contexte de l'utilisation et de l'application à la visioconférence.

Claims (8)

  1. Antenne acoustique pour station de travail informatique comportant un écran de visualisation, comprenant une pluralité de microphones connectés à un circuit sommateur, lesdits microphones étant répartis en un agencement pour former au moins une ligne sensiblement rectiligne et espacés chacun, par rapport à un microphone de référence placé au voisinage de l'axe de symétrie vertical de l'écran selon une loi déterminée, caractérisée en ce que ledit agencement comprend :
    - une pluralité de microphones répartis sur une première ligne, sensiblement horizontale, placée en partie supérieure dudit écran,
    - au moins un microphone placé sur une deuxième et une troisième ligne respectivement, les deuxième et troisième lignes étant placées perpendiculairement aux extrémités de ladite première ligne, lesdits microphones des première, deuxième et troisième lignes étant disposés sur un plan, ledit agencement présentant un diagramme de directivité sensiblement cylindrique dont l'axe de révolution est formé par ladite au moins une ligne rectiligne.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits microphones sont disposés sur un support d'antenne disposé à la partie supérieure du filtre de l'écran de visualisation, de cet écran ou du moniteur comportant cet écran.
  3. Antenne acoustique pour station de travail informatique comportant un écran de visualisation, comprenant une pluralité de microphones connectés à un circuit sommateur, lesdits microphones étant répartis en un agencement pour former au moins une ligne sensiblement rectiligne et espacés chacun, par rapport à un microphone de référence placé au voisinage de l'axe de symétrie vertical de l'écran selon une loi déterminée, caractérisée en ce que ledit agencement comprend une pluralité de microphones disposés sur un support rectiligne, ledit support rectiligne étant placé sensiblement dans le plan de symétrie vertical dudit écran de visualisation, lesdits microphones étant espacés par rapport audit microphone de référence selon une loi déterminée de façon à former une antenne de type "end-fire", ladite antenne étant subdivisée en sous-antennes, chaque sous-antenne comprenant des microphones espacés, sur le support rectiligne d'une distance déterminée, ledit agencement présentant un diagramme de directivité sensiblement cylindrique dont l'axe de révolution est formé par ladite au moins une ligne rectiligne.
  4. Antenne selon la revendication 3, caractérisée en ce que, pour une antenne comportant des moyens de conversion analogique-numérique du signal sonore délivré par chaque microphone par échantillonnage à une fréquence d'échantillonnage Fe donnée, chaque microphone est distant dudit microphone de référence selon une loi de distance telle que les retards de réception par chaque microphone d'une onde sonore incidente soient multiples de la période d'échantillonnage.
  5. Antenne selon la revendication 4, caractérisée en ce que lesdits microphones sont successivement espacés sur ledit support rectiligne d'une distance en progression arithmétique de raison multiple de la distance la plus faible séparant le microphone voisin du microphone de référence, la distance séparant deux microphones successifs étant de la forme : x = kd = k c/Fe
    Figure imgb0004
     avec k entier, c désignant la vitesse de propagation de l'onde sonore incidente.
  6. Antenne selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que ladite antenne comprend :
    - une tige rigide formant ledit support rectiligne ;
    - une pluralité de supports de microphones, chaque support de microphone étant formé par une pièce mécanique à double élément de structure sensiblement symétrique, un premier élément étant destiné à assurer la mise en place du support de microphone sur la tige rigide, et un deuxième élément étant destiné à recevoir et assurer le maintien d'un microphone.
  7. Antenne selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite tige est creuse et comporte une âme centrale, ladite tige étant en outre munie sur l'une des lignes génératrices de sa surface latérale d'une pluralité de trous traversants mettant en communication l'âme centrale et la partie extérieure de la tige, ce qui permet le passage des fils de connexion de chaque microphone dans l'âme centrale.
  8. Antenne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite antenne comporte en outre un jeu de commutateurs permettant d'assurer la connexion d'au moins un microphone ou d'une sous-antenne audit circuit sommateur, la fonction de transfert du filtre associé à cette sous-antenne étant modifiée, ce qui permet de modifier le diagramme de réception de ladite antenne en fonction de la configuration de connexion ou de non-connexion des microphones de l'antenne.
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