EP1941491A1 - Procede et dispositif de correction active des proprietes acoustiques d'une zone d'ecoute d'un espace sonore - Google Patents

Procede et dispositif de correction active des proprietes acoustiques d'une zone d'ecoute d'un espace sonore

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EP1941491A1
EP1941491A1 EP06808279A EP06808279A EP1941491A1 EP 1941491 A1 EP1941491 A1 EP 1941491A1 EP 06808279 A EP06808279 A EP 06808279A EP 06808279 A EP06808279 A EP 06808279A EP 1941491 A1 EP1941491 A1 EP 1941491A1
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EP
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signal
sound
resonances
sound signal
disturbed
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EP06808279A
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Philippe Herzog
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1783—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase handling or detecting of non-standard events or conditions, e.g. changing operating modes under specific operating conditions
    • G10K11/17833—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase handling or detecting of non-standard events or conditions, e.g. changing operating modes under specific operating conditions by using a self-diagnostic function or a malfunction prevention function, e.g. detecting abnormal output levels
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    • G10K11/1785—Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17853—Methods, e.g. algorithms; Devices of the filter
    • G—PHYSICS
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    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787—General system configurations

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for actively correcting the acoustic properties of a listening area of a sound space.
  • listening area is meant a reduced volume of the sound space in which one or more listeners are likely to be placed to listen to a sound signal.
  • a sound reproduction facility that has been designed to operate in a given environment may have a strongly modified behavior when used in an environment that deviates from that for which it was designed.
  • This problem is very frequently encountered in the case of audio reproduction installations such as Hi-Fi systems and more particularly when they are used in small premises such as living rooms, whose current dimensions lead to annoying resonances. at low frequencies (especially the first clean modes of the room).
  • the reflections of sound waves on the walls of the room combine to form areas of strong (+) and low (-) pressures distributed spatially in the room, as shown in Figure 2. Different distributions of the zones of strong (+) and low (-) pressures are possible. These distributions are characteristic of the room. They each correspond to an acoustic mode that resonates at a specific frequency.
  • Resonance means a mode of transmission of sound waves activated by the multiple reflections of these waves on the walls of the sound space, producing a spatial distribution of the pressure in the sound space disturbing the sound reproduction in the listening area .
  • the processing correction of the reproducing signal is in the first category. It is by far the most widespread. It can be performed by tonal balance corrections (bass / treble adjustment, graphic equalizer), finer frequency corrections (parametric equalizer), or by specific treatments (digital filtering system adjusted via the measurement of the response in one or more listening points).
  • tonal balance corrections basic / treble adjustment, graphic equalizer
  • finer frequency corrections finer frequency corrections
  • specific treatments digital filtering system adjusted via the measurement of the response in one or more listening points.
  • the method of correction by processing of the reproducing signal is also limited for a correction of the fine signal which becomes very sensitive to variations in the sound environment.
  • the second category of solutions (correction of the acoustic environment) to limit the influence of the sound reproduction environment is easy to implement. It is therefore not widespread.
  • the most conventional method is to perform a passive acoustic treatment when it is a listening room or a show venue. The correction must be done in the whole volume, even if the reproduction concerns only a reduced listening area.
  • Patents FR 2 766 953 and US 4 122 303 which disclose this approach to reduce noise.
  • Patents EP 1 088 298 and EP 0 555 787 disclose a device which makes it possible to modify the acoustic characteristics of an auditory space.
  • the object of the present invention is to propose a method and a device for actively correcting the acoustic properties of a listening zone of a more effective sound space, aiming to obtain a better homogeneity of the sound signal in a space. reduced.
  • the invention makes it possible to correct what can not be corrected by other approaches, with a complexity of implementation and a reduced cost.
  • the invention relates to a method of actively correcting the acoustic properties of a listening area of a sound space comprising:
  • a step of attenuation of the resonances comprising:
  • the step of measuring the disturbed sound signal comprises several predetermined measurement positions in the space sound so as to measure amplitudes of resonances close to those of the resonances disturbing the reproduction of the primary sound signal in the listening zone,
  • the second sound signal attenuating the resonances is reproduced in several predetermined correction positions in the sound space so as to act in the opposite direction on said resonances making it possible to obtain a homogeneous corrected sound signal in the listening zone,
  • the step of attenuation of the resonances is coupled with a step of processing the signal to be reproduced so as to allow the production of a modified sound signal able to cancel the formation of the resonances,
  • the step of processing the electrical signal takes into account all the disturbed sound signals measured at the different measurement positions 5.
  • the present invention also relates to features which will be apparent from the following description and which will have to be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • the processing of the signal to be reproduced is an equalization signal processing
  • the processing of the electrical signal and the processing of the signal to be reproduced use the signal to be reproduced as a reference
  • the step of processing the electrical signal comprises a step of assigning coefficients weighting said coefficients according to the position of measurements.
  • the invention also relates to an active correction device for the acoustic properties of a listening area of a sound space comprising:
  • a resonance attenuation means comprising:
  • At least one means for measuring the disturbed sound signal said disturbed sound signal being converted into an electrical signal
  • a means of processing the electrical signal enabling the formation of a processed electrical signal
  • At least one secondary sound reproduction source converting said processed electrical signal into a secondary sound signal capable of attenuating said resonances in order to obtain a corrected sound signal.
  • the measuring means of the disturbed sound signal are distributed in several predetermined measurement positions in the sound space so as to measure amplitudes of resonances close to those of the resonances disturbing the reproduction of the sound signal first in the listening zone;
  • the second sound reproducing sources converting said processed electrical signal into a secondary sound signal are distributed in several predetermined correction positions in the sound space so as to act in opposite directions on said resonances making it possible to obtain a corrected sound signal. homogeneous in the listening area
  • the resonance attenuation means is coupled with a signal processing means reproduced so as to allow the production of a modified sound signal capable of minimizing the formation of resonances,
  • the means for processing the electrical signal 6 comprises at least one signal control means 7 connected to each measurement means of the disturbed sound signal 1 5.
  • the present invention also relates to the features which will be apparent from the following description and which should be considered in isolation or in all their technically possible combinations:
  • the signal processing means to be reproduced is an equalization signal processing means
  • the resonance attenuation means and the signal processing means to be reproduced use the signal to be reproduced as a reference
  • the signal control means comprises means for assigning coefficients weighting said coefficients according to the position of measurements
  • each means of signal control means comprises a single channel connected to a secondary sound reproduction source, said second sound reproducing source converting the processed electrical signal into a secondary sound signal attenuating at least one resonance,
  • the signal control means comprises a control filter
  • control filter is an adaptive filter
  • the measuring means of the disturbed sound signal are arranged in the listening zone,
  • the measuring means of the disturbed sound signal are arranged at the periphery of the sound space.
  • FIG. 1 represents an example of an active correction device for the acoustic properties of a sound space according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic representation of an active correction device for the acoustic properties of a sound space correcting, for example, the two acoustic modes (2, 2) A) and (1, 0) B) present in a listening area, according to one embodiment of the invention;
  • FIG. 3 is a more detailed schematic representation of the device for the active correction of properties acoustics of a sound space according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a schematic representation of a means for processing the electrical signal
  • FIG. 1 represents a device for actively correcting the acoustic properties of a sound space according to the prior art.
  • This device is set up in a sound space 1, usually small as a living room. It comprises a means of reproducing a sound signal having 2, 4 comprising a reproduction unit of a primary sound signal 2 associated with at least two sources of reproduction of a primary sound signal. 2, 4 may consist of a home Hi-Fi system equipped with two speakers.
  • the two sources of reproduction of a primary sound signal 4 and the listening area 27 are advantageously arranged in a stereo triangle in the sound space 1 as recommended by the manufacturers.
  • the reproducing means 2, 4 converts the reproducing signal to produce a primary sound signal.
  • the signal to be reproduced is an electrical signal from a pre-recording on a compact disc for example.
  • the primary sound signal causes resonances in the sound space 1.
  • the superimposition of the sound signal with the resonances forms a disturbed sound signal.
  • a means of attenuation of the resonances makes it possible to limit the influence of the sound space 1 on the reproduction of the sound.
  • This means is commonly called active acoustic correction device of the sound environment.
  • It comprises at least one measuring means 1 5 of the disturbed sound signal which may be a microphone or a pressure sensor for example.
  • the disturbed sound signal is converted into an electrical signal 32, processed by an electrical signal processing means 6.
  • a processed electrical signal 9 is obtained.
  • At least one second sound reproduction source 8 converts the processed electrical signal 9 into a second sound signal exciting the resonances so as to attenuate them and to obtain a corrected sound signal.
  • the sources of secondary sound reproduction 8 may be for example loudspeakers.
  • the resonances of the disturbed sound signal couple with the amplitudes of the secondary sound signal. This results in a corrected sound signal with fewer resonances. Nevertheless, the listener does not perceive the same corrected sound signal in all points of the sound space 1.
  • the spatial and therefore frequency distribution of the corrected sound signal are not homogeneous.
  • Figures 2 and 3 show an example of active correction device of the sound environment according to the invention.
  • the resonant attenuation means is coupled to a signal processing means 3 to be reproduced.
  • the signal processing means 3 reproduces a modified sound signal capable of suppressing the formation of the resonances.
  • the signal processing to be reproduced may be a signal processing to be reproduced by equalization for example.
  • the processing of the signal to be reproduced makes it possible to perform a signal processing before it is reproduced by the sound reproduction sources 4.
  • the resonant attenuation means and the reproducing signal processing means 3 use the signal to be reproduced as reference 31.
  • the measuring means 1 5 are distributed in more than 5 predetermined measurement positions in the sound space 1 so as to allow the detection of all the resonances and more precisely of all the first eigen modes of the sound space 1 hindering the sound reproduction in the listening area 27.
  • the means for measuring the disturbed sound signal 1 5 can be arranged at positions where the amplitudes produced by the resonances are identical to those present in the listening area 27.
  • the means for measuring the disturbed sound signal 1 5 can be arranged in the listening area 27.
  • the measuring means 1 5 measure at least one of the parameters of au me ns one of the first eigen modes of the sound space 1.
  • the measured parameter can be the high amplitude gain.
  • the gain can be represented by a matrix defined by two i ndices, one is dedicated to a measurement position 5 and the other to a clean mode.
  • the measuring means 1 5 can be arranged along the walls of the sound space 1, approximately every 50 cm for example.
  • the measuring means 1 5 may be remote from the listening area 27.
  • FIG. 2 gives an example of positioning of the measuring means which are installed in predefined positions. These positions 5 are predefined by a prior reading of the amplitudes produced by the troublesome resonances in the listening area 27.
  • two modes are represented, the mode (2.2) (FIG. 2A) and the mode (FIG. 1, 0) ( Figure 2B). They give rise to two different pressure distributions in the space. Areas of high pressure are separated by low pressure zones 21.
  • the measuring means 15 are then placed at the positions which have the same zones of high pressure as the listening zone 27.
  • the measurement means 1 5 are connected to a means for processing the electrical signal 6. More specifically, each measurement means of the disturbed signal 1 5 is connected to the signal signal control means 7 of the electrical signal processing means 6.
  • the electrical signal processing step takes into account all the disturbed sound signals measured at the different measurement positions 5. This implies that the signal control means 7 is multichannel and that the processing of the signal electrical signal is matrix.
  • Each secondary sound signal 9 at the output of each signal control means 7 depends on all the disturbed audible signals measured. In other words, all outputs depend on all inputs.
  • Each signal control means 7 processes one or more resonances (modes) at a time.
  • Each signal control means 7, shown in FIG. 4, comprises a coefficient assignment means 1 0 corresponding to each position of a measurement means of the disturbed sound signal 5.
  • Coefficients are attributed to gains, for example, and are weighted according to the position of measures 5.
  • the coefficient is weighted according to the influence of this mode on the primary sound signal at the measurement position 5.
  • the amplitudes of the gains are then summed in a summation means 1 1 so as to obtain an error signal 29.
  • the error signal 29 and the reference signal 31 are filtered by a filter 12 and 30 respectively so as to isolate the neighboring frequencies of the resonance frequency considered.
  • the processing of the electrical signal comprises a step of combining the disturbed sound signals measured by the measuring means of the disturbed signal 1 5. This step consists in systematically making a difference between the weighted inputs, it is between the disturbed sound signals measured and weighted by the coefficient allocation means 1 0.
  • the signal control means 7 of Figure 4 which comprises three inputs each assigned to a measured disturbed sound signal. These entries are numbered e1, e2 and e3. A difference is made between the disturbed measured and weighted sound signals. The following difference signals are obtained: e1-e2, e2-e3 and e3-e1. These difference signals correspond in fact to pressure differences between the different measurement positions 5. These difference signals are then summed by the summation means 11 so as to obtain the error signal 29.
  • This combination step improves the performance of the correction device because the difference signals are more characteristic of the resonances than the pressures alone.
  • both the difference signals and the measured and weighted disturbed sound signals are used in the electrical signal processing step.
  • the signal control means 7 the proportion of these two types of signals to be considered in the step of processing the electrical signal is determined.
  • a control filter 13 comprising an algorithm makes it possible to obtain at its output a processed electrical signal 9 which is then amplified by an amplifier 14 before being converted into a secondary sound signal by the loudspeaker 8.
  • the secondary sound signal has amplitudes in phase opposition with respect to those of the resonances.
  • the parameters of the algorithm can be determined beforehand during the installation of the device for the active correction of the acoustic properties in the sound space 1.
  • an adaptive control filter 13 uses, for example, an LMS (Least Mean Squares) type algorithm.
  • LMS Least Mean Squares
  • the signal control means 7 In view of the inevitable fluctuations of the acoustic environment to be corrected, the signal control means 7 must adapt to it in real time.
  • Each signal control means 7 comprises a channel 16 connected to a secondary source 8.
  • Each channel can handle multiple modes at once.
  • the correction positions 17 are predetermined so that the amplitudes produced by the secondary sources 8 allow a good coupling with the modes to be processed while limiting the coupling with the other modes in the listening area 27.
  • the frequency density and depreciation is then regulated.
  • the effects obtained are a better homogeneity of the frequency and spatial responses in the listening area 27, and a shorter time response. This approach consists in making a spatial correction to obtain a frequency correction.
  • the secondary sources 8 can be placed in the spaces of the sound space 1.
  • the correction is performed in a reduced portion of the space corresponding to the position of one or more listeners and more precisely to the ears of listeners. They can be distant from the sources of primary sound reproduction 4. Their position is chosen so that they excite troublesome resonances.
  • the primary sound reproduction sources 4 are used to attenuate annoying resonances.
  • the method and the device for the active correction of the proposed acoustic properties make it possible to obtain a more effective sound reproduction in a listening zone 27 thanks to a better distribution of the pressure in this listening zone 27, resulting in a better distribution. frequency of sound waves.
  • This process is based on a modal approach. We try to treat all the modes at the same time.
  • the invention makes it possible to correct that which can not be corrected by other approaches, with a complexity of implementation and a reduced cost.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute (27) d'un espace sonore (1) comprenant un moyen de conversion d'un signal à reproduire (2, 4) dans un espace sonore (1), un moyen d'atténuation des résonances comportant au moins un moyen de mesure du signal sonore perturbé (15), un moyen de traitement du signal électrique (6) et au moins une source de reproduction sonore secondaire (8). Selon l'invention, les moyens de mesure du signal sonore perturbé (15) sont répartis en plusieurs positions de mesures (5) prédéterminées dans l'espace sonore (1), les sources de reproduction sonore secondaire (8) sont répartis en plusieurs positions de correction (17) prédéterminées dans l'espace sonore (1), le moyen d'atténuation des résonances est couplé avec un moyen de traitement du signal à reproduire (3) et le moyen de traitement du signal électrique (6) comprend au moins un moyen de contrôle du signal (7) relié à chaque moyen de mesure du signal sonore perturbé (15).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION ACTIVE DES PROPRIETES ACOUSTIQUES D'UNE ZONE D'ECOUTE D'UN ESPACE SONORE
L'i nvention concerne un procédé et un dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute d'un espace sonore.
On entend par zone d'écoute un volume réduit de l'espace sonore dans laquelle un ou plusieurs auditeurs sont susceptibles de se placer pour écouter un signal sonore.
La reproduction d'un signal sonore au moyen d'une installation fixe ou mobile est perturbée par les limites de cette installation (fidélité, qualité de la réponse, dynamique), mais également par les caractéristiques acoustiques de l'envi ronnement dans lequel elle est installée. Ceci se traduit par deux effets principaux. D'une part, le signal reçu en un point est modifié par la propagation au sei n de l'environnement (trajets multiples qui i nterfèrent, résonance, absorption de certains composants), et d'autre part, la réaction de l'envi ronnement sur les sources sonores modifie leur comportement (désaccords de charge acoustique, modification des conditions de rayonnement).
De ce fait, une installation de reproduction sonore qui a été conçue pour fonctionner dans un envi ron nement donné peut avoir un comportement fortement modifié lorsqu'elle est utilisée dans un environnement qui s'écarte de celui pour lequel elle a été conçue. Ce problème se pose très fréquemment dans le cas d'installations de reproduction audio telles les chaînes Hi-Fi et plus particulièrement lorsqu'elles sont utilisées dans de petits locaux tels que des pièces d'habitation, dont les dimensions courantes conduisent à des résonances gênantes aux basses fréquences (notamment aux premiers modes propres de la salle).
Aux basses fréquences, les réflexions des ondes sonores sur les parois de la salle se combinent pour former des zones de fortes (+) et basses (-) pressions réparties spatialement dans la salle, comme représenté sur la figure 2. Différentes répartitions des zones de fortes (+) et basses (-) pressions sont possibles. Ces répartitions sont caractéristiques de la salle. Elles correspondent chacune à un mode acoustique qui résonne à une fréquence spécifique.
On entend par résonance un mode de transmission des ondes sonores activé par les réflexions multiples de ces ondes sur les parois de l'espace sonore, produisant une répartition spatiale de la pression dans l'espace sonore perturbant la reproduction sonore dans la zone d'écoute.
L'i nfluence de l'environnement de reproduction étant majeure, de nombreuses solutions ont été cherchées pour la corriger ou la li miter. Ces solutions peuvent être classées en deux catégories générales. D'une part, celles qui visent à modifier le signal avant de le reproduire pour que la reproduction du signal modifié se rapproche du signal original (correction par traitement du signal à reproduire). D'autre part, celles qui visent à modifier les caractéristiques de l'environnement acoustique de manière à rédui re son influence sur la reproduction sonore (correction acoustique active par exemple).
La correction par traitement du signal à reprodui re se situe dans la première catégorie. Elle est de loin la plus répandue. Elle peut être réalisée par des corrections d'équilibre tonal (réglage grave/aigu, égaliseur graphique), des corrections fréquentielles plus fines (égaliseur paramétrique), ou par des traitements spécifiques (système de fi ltrage numérique ajusté via la mesure de la réponse en un ou plusieurs poi nts d'écoute). Les dispositifs des documents "Modal Equalization of Loudspeaker-Room Responses at Low Frequencies" (J. Audio. Eng. Soc , Vol.51 , N °5, maiO3) et "Equalization of Room Acoustics and Adaptive Systems i n the Equalization of Small Room Acoustics" (AES, 1 5émΘ Conférence I nternationale) utilisent ce type de correction.
Cependant, l'efficacité des méthodes de correction par traitement du signal à reproduire est limitée par au moi ns trois limites de pri ncipe. Si l'environnement présente de fortes résonances ou antirésonances, il n'est pas possible de les compenser par une méthode de traitement du signal à reproduire.
L'influence de l'environnement étant liée à la propagation du son, elle est extrêmement variable d'un point à un autre d'un espace sonore. Une correction du signal ne peut donc concerner qu'une position précise de l'espace. Une correction moyenne se traduit par une dégradation des performances de cette correction.
La méthode de correction par traitement du signal à reprodui re est aussi li mitée pour une correction du signal fine qui devient très sensible aux variations de l'environnement sonore.
La deuxième catégorie de solutions (correction de l'envi ronnement acoustique) pour li miter l'influence de l'envi ronnement de reproduction sonore est moi ns facile à mettre en œuvre. Elle est donc moi ns répandue. Le procédé le plus classique est d'effectuer un traitement acoustique passif quand il s'agit d'un local d'écoute ou d'u n lieu de spectacle. La correction doit se faire dans l'ensemble du volume, même si la reproduction ne concerne qu'une zone d'écoute réduite.
Il existe également des solutions de correction acoustique active basées sur une installation électroacoustique auxi liai re.
Nous connaissons par ai lleurs les brevets FR 2 766 953 et US 4 122 303 qui divulguent cette approche pour réduire le bruit. Les brevets EP 1 088 298 et EP 0 555 787 divulguent un dispositif qui permet de modifier les caractéristiques acoustiques d'un espace auditif.
Ces solutions présentent des limites pratiques. La correction des très basses fréquences nécessite des dispositifs de grandes dimensions, dont l'encombrement est souvent inacceptable, et dont les performances sont limitées. Le nombre i mportant de degré de liberté entraîne une densité d'actionneurs ou de capteurs qui est difficilement acceptable en pratique. De plus, les corrections actives de l'environnement sonore ne disposent pas d'une référence de signal pour effectuer leur traitement ce qui limite le choix des algorithmes de traitement, et conduit souvent à u n compromis entre la stabi lité et les performances du traitement.
L'objectif de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute d'un espace sonore plus efficace, visant à obteni r une mei lleure homogénéité du signal sonore dans un espace réduit.
Une meilleure homogénéité du signal sonore dans l'espace réduit entraîne également une mei lleure homogénéité fréquentielle.
L'i nvention permet de corriger ce qui n'est pas corrigeable par d'autres approches, avec une complexité de mise en oeuvre et un coût réduit.
A cet effet, l'i nvention concerne un procédé de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute d'un espace sonore comprenant:
- une étape de conversion d'un signal à reproduire dans un espace sonore produisant un signal sonore primai re entraînant des résonances dans l'espace sonore, la superposition du signal sonore pri mai re avec les résonances formant un signal sonore perturbé,
- une étape d'atténuation des résonances comportant :
• une étape de mesure du signal sonore perturbé, ledit signal sonore perturbé étant converti en signal électrique,
• une étape de traitement du signal électrique formant u n signal électrique traité,
• une étape de conversion par au moins une source de reproduction sonore secondai re dudit signal électrique traité en signal sonore secondaire apte à atténuer lesdites résonances pour obtenir un signal sonore corrigé.
Selon le procédé de l'invention :
- l'étape de mesure du signal sonore perturbé comprend plusieurs positions de mesures prédéterminées dans l'espace sonore de façon à mesurer des amplitudes de résonances proches de celles des résonances perturbant la reproduction du signal sonore primaire dans la zone d'écoute,
- le signal sonore secondai re atténuant les résonances est reproduit en plusieurs positions de correction prédéterminées dans l'espace sonore de façon à agi r en sens inverse sur lesdites résonances permettant d'obtenir un signal sonore corrigé homogène dans la zone d'écoute,
- l'étape d'atténuation des résonances est couplée avec une étape de traitement du signal à reproduire de façon à permettre la production d'un signal sonore modifié apte à mi nimiser la formation des résonances,
- l'étape de traitement du signal électrique prend en compte tous les signaux sonores perturbés mesurés aux différentes positions de mesures 5.
Dans différents modes de réalisation possibles, la présente i nvention concerne également les caractéristiques qui ressorti ront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combi naisons techniquement possibles :
- le traitement du signal à reproduire est un traitement du signal par égalisation,
- le traitement du signal électrique et le traitement du signal à reproduire uti lisent le signal à reprodui re comme référence,
- l'étape de traitement du signal électrique comprend une étape d'affectation de coefficients pondérant lesdits coefficients suivant la position de mesures.
L'i nvention concerne également u n dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute d'un espace sonore comprenant:
- un moyen de conversion d'un signal à reproduire dans un espace sonore produisant un signal sonore primai re entraînant des résonances dans l'espace sonore, la superposition du signal sonore pri mai re avec les résonances formant un signal sonore perturbé, - un moyen d'atténuation des résonances comportant :
• au moins un moyen de mesure du signal sonore perturbé, ledit signal sonore perturbé étant converti en signal électrique,
• u n moyen de traitement du signal électrique permettant la formation un signal électrique traité,
• au moins une source de reproduction sonore secondaire convertissant ledit signal électrique traité en signal sonore secondai re apte à atténuer lesdites résonances pour obtenir un signal sonore corrigé .
Selon le dispositif de l'invention :
- les moyens de mesure du signal sonore perturbé sont répartis en plusieurs positions de mesures prédéterminées dans l'espace sonore de façon à mesurer des amplitudes de résonances proches de celles des résonances perturbant la reproduction du signal sonore pri mai re dans la zone d'écoute, les sources de reproduction sonore secondai re convertissant ledit signal électrique traité en signal sonore secondaire sont répartis en plusieurs positions de correction prédétermi nées dans l'espace sonore de façon à agir en sens i nverse sur lesdites résonances permettant d'obtenir un signal sonore corrigé homogène dans la zone d'écoute,
- le moyen d'atténuation des résonances est couplé avec un moyen de traitement du signal à reprodui re de façon à permettre la production d'un signal sonore modifié apte à minimiser la formation des résonances,
- le moyen de traitement du signal électrique 6 comprend au moi ns un moyen de contrôle du signal 7 relié à chaque moyen de mesure du signal sonore perturbé 1 5.
Dans différents modes de réalisation possibles, la présente i nvention concerne également les caractéristiques qui ressorti ront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combi naisons techniquement possibles :
- le moyen de traitement du signal à reproduire est un moyen de traitement du signal par égalisation,
- le moyen d'atténuation des résonances et le moyen de traitement du signal à reproduire utilisent le signal à reprodui re comme référence,
- le moyen de contrôle du signal comprend un moyen d'affectation de coefficients pondérant lesdits coefficients suivant la position de mesures,
- chaque moyen de moyen de contrôle du signal comprend une seule voie reliée à une source de reproduction sonore secondaire, ladite source de reproduction sonore secondai re convertissant le signal électrique traité en signal sonore secondaire atténuant au moins une résonance,
- le moyen de contrôle du signal comprend un fi ltre de contrôle,
- le filtre de contrôle est un filtre adaptatif,
- les moyens de mesure du signal sonore perturbé sont disposés dans la zone d'écoute,
- les moyens de mesure du signal sonore perturbé sont disposés à la périphérie de l'espace sonore.
L'i nvention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente un exemple de dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'un espace sonore selon l'art antérieur ;
- la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'un espace sonore corrigeant, par exemple, les deux modes acoustiques (2,2) A) et (1 ,0) B) présents dans une zone d'écoute, selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 3 est une représentation schématique plus détaillée du dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'un espace sonore selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4 est une représentation schématique d'un moyen de traitement du signal électrique ;
La figure 1 représente un dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'un espace sonore selon l'art antérieur.
Ce dispositif est mis en place dans un espace sonore 1 , habituellement de petite dimension telle une pièce d'habitation. Il comprend un moyen de reproduction d'un signal sonore pri mai re 2, 4 comportant une unité de reproduction d'un signal sonore pri maire 2 associée à au moi ns deux sources de reproduction d'un signal sonore pri maire 4. Le moyen de reproduction 2, 4 peut consister en une chaîne Hi-Fi domestique équipée de deux hauts parleurs.
Les deux sources de reproduction d'un signal sonore pri maire 4 et la zone d'écoute 27 sont avantageusement disposés en triangle stéréo dans l'espace sonore 1 comme le recommandent les constructeurs.
Le moyen de reproduction 2, 4 convertit le signal à reprodui re de façon à produire un signal sonore primaire. Le signal à reproduire est un signal électrique provenant d'u n préenregistrement sur un disque compact par exemple.
Le signal sonore pri maire entraîne des résonances dans l'espace sonore 1 . La superposition du signal sonore pri mai re avec les résonances forme un signal sonore perturbé.
Un moyen d'atténuation des résonances permet de limiter l'influence de l'espace sonore 1 sur la reproduction du son. Ce moyen est communément appelé dispositif de correction acoustique active de l'envi ronnement sonore.
Il comporte au moins un moyen de mesure 1 5 du signal sonore perturbé qui peut être un microphone ou un capteur de pression par exemple.
Le signal sonore perturbé est converti en signal électrique 32, traité par un moyen de traitement du signal électrique 6. On obtient un signal électrique traité 9. Au moins une source de reproduction sonore secondai re 8 convertie le signal électrique traité 9 en signal sonore secondai re excitant les résonances de façon à les atténuer et à obtenir un signal sonore corrigé.
Les sources de reproduction sonore secondaire 8 peuvent être par exemple des hauts parleurs.
Les résonances du signal sonore perturbé se couplent avec les amplitudes du signal sonore secondaire. Il en résulte un signal sonore corrigé avec moins de résonances. Néanmoi ns, l'auditeur ne perçoit pas le même signal sonore corrigé dans tous les points de l'espace sonore 1 . La répartition spatiale et donc fréquentielle du signal sonore corrigé ne sont pas homogènes.
Les figures 2 et 3 représentent un exemple de dispositif de correction active de l'environnement sonore selon l'invention.
Le moyen d'atténuation des résonances est couplé avec un moyen de traitement du signal à reproduire 3. Le moyen de traitement du signal à reproduire 3 produit un signal sonore modifié apte à mi nimiser la formation des résonances.
Le traitement du signal à reproduire peut être un traitement du signal à reproduire par égalisation par exemple.
Le traitement du signal à reproduire permet de réaliser un traitement du signal avant qu'il ne soit reproduit par les sou rces de reproduction sonore pri mai re 4.
L'uti lisation d'un moyen d'atténuation des résonances permet d'obtenir un traitement du signal à reprodui re plus efficace.
Le moyen d'atténuation des résonances et le moyen de traitement du signal à reproduire 3 utilisent le signal à reprodui re comme référence 31 .
Les moyens de mesure 1 5 sont répartis en plusieu rs positions de mesure 5 prédétermi nées dans l'espace sonore 1 de façon à permettre la détection de toutes les résonances et plus précisément de tous les premiers modes propres de l'espace sonore 1 gênant la reproduction sonore dans la zone d'écoute 27. Les moyens de mesure du signal sonore perturbé 1 5 peuvent être disposés à des positions où les amplitudes produites par les résonances sont identiques à celles présentes dans la zone d'écoute 27.
Les moyens de mesure du signal sonore perturbé 1 5 peuvent être disposés dans la zone d'écoute 27.
Les moyens de mesure 1 5 mesurent au moins un des paramètres d'au moi ns un des premiers modes propres de l'espace sonore 1 . Le paramètre mesuré peut être le gain d'amplitude élevée. Le gain peut être représenté par une matrice définie par deux i ndices, l'un est dédié à une position de mesures 5 et l'autre à un mode propre.
Ces paramètres peuvent être mesu rés, comme dit précédemment, dans une zone d'écoute 27 où les premiers modes propres sont particulièrement émergents et également dans une gamme de fréquence dans laquelle les premiers modes propres sont particulièrement gênants.
Dans un mode de réalisation particulier les moyens de mesure 1 5 peuvent être disposés le long des murs de l'espace sonore 1 , environ tous les 50 cm par exemple.
Dans un autre mode de réalisation, les moyens de mesure 1 5 peuvent être éloignés de la zone d'écoute 27.
La figure 2 donne un exemple de positionnement des moyens de mesure 1 5 qui sont i nstallés en des positions 5 prédéfinies. Ces positions 5 sont prédéfinies par un relevé au préalable des amplitudes produites par les résonances gênantes dans la zone d'écoute 27. Sur la figure 2, deux modes sont représentés, le mode (2,2) (figure 2A) et le mode (1 ,0) (figure 2B). I ls donnent lieu à deux répartitions de pression dans l'espace différentes. Des zones de forte pression 20 sont séparées par des zones de basse pression 21 .
D'après le relevé, on détecte que ces deux modes sont présents dans la zone d'écoute 27 et qu'ils génèrent tous les deux une zone de forte pression 20 dans cette zone d'écoute 27. On va donc continuer le relevé de façon à détecter d'autres positions de l'espace sonores présentant des zones de forte pression 20 similaires. Plus précisément, on cherche des signaux sonores ayant des amplitudes, aux fréquences de résonance, proches de celles présentes dans la zone d'écoute 27 aux mêmes fréquences. On entend par proche, des amplitudes ayant le même signe. On réalise ai nsi une carte de résonances de l'espace sonore 1 .
On place ensuite les moyens de mesure 1 5 aux positions qui présentent les mêmes zones de forte pression 20 que la zone d'écoute 27.
Comme représenté sur la figure 3, les moyens de mesure 1 5 sont reliés à un moyen de traitement du signal électrique 6. Plus précisément, chaque moyen de mesures du signal perturbé 1 5 est relié à au moi ns un moyen de contrôle du signal 7 du moyen de traitement du signal électrique 6. L'étape de traitement du signal électrique prend en compte tous les signaux sonores perturbés mesurés aux différentes positions de mesures 5. Cela implique que le moyen de contrôle du signal 7 est multicanal et que le traitement du signal électrique est matriciel. Chaque signal sonore secondaire 9 en sortie de chaque moyen de contrôle du signal 7 dépend de tous les signaux sonores perturbés mesurés. Autrement dit, toutes les sorties dépendent de toutes les entrées.
Chaque moyen de contrôle du signal 7 traite une ou plusieurs résonances (modes) à la fois.
Chaque moyen de contrôle du signal 7, représenté sur la figure 4, comprend un moyen d'affectation de coefficients 1 0 correspondant à chaque position d'un moyen de mesure du signal sonore perturbé 5.
Des coefficients sont attribués aux gains, par exemple, et sont pondérés en fonction de la position de mesures 5.
Pour un mode propre donné, le coefficient est pondéré suivant l'influence de ce mode sur le signal sonore pri maire à la position de mesures 5. Les amplitudes des gains sont ensuite sommées dans un moyen de sommation 1 1 de façon à obteni r un signal d'erreur 29. Le signal d'erreur 29 et le signal de référence 31 sont filtrés par un filtre 12 et 30 respectivement de façon à isoler les fréquences voisi nes de la fréquence de résonance considérée.
Dans un mode de réalisation particulier, le traitement du signal électrique comprend une étape de combi naison des signaux sonores perturbés mesurés par les moyens de mesures du signal perturbé 1 5. Cette étape consiste à effectuer systématiquement une différence entre les entrées pondérées, c'est-à-di re entre les signaux sonores perturbés mesurés et pondérés par les moyens d'affectation de coefficients 1 0.
Prenons comme exemple le moyen de contrôle du signal 7 de la figure 4 qui comprend trois entrées affectées chacune à un signal sonore perturbé mesuré. Ces entrées sont numérotées e1 , e2 et e3. On effectue une différence entre les signaux sonores perturbés mesurés et pondérés. On obtient les signaux de différences suivant : e1 -e2, e2-e3 et e3-e1 . Ces signaux de différences correspondent en fait à des différences de pression entre les différentes positions de mesures 5. Ces signaux de différences sont ensuite sommés par le moyen de sommation 1 1 de façon à obtenir le signal d'erreur 29.
Cette étape de combi naison améliore les performances du dispositif de correction car les signaux de différences sont plus caractéristiques des résonances que les pressions seules.
Dans un autre mode de réalisation, à la fois les signaux de différences et les signaux sonores perturbés mesurés et pondérés sont utilisés dans l'étape de traitement du signal électrique. Lors du réglage du moyen de contrôle du signal 7, on détermine la proportion des ces deux types de signaux à considérer dans l'étape de traitement du signal électrique.
Un filtre de contrôle 13 comportant un algorithme permet d'obtenir à sa sortie un signal électrique traité 9 qui est ensuite amplifié par un amplificateur 14 avant d'être converti en signal sonore secondaire par le haut parleur 8. A une fréquence de résonance donnée, le signal sonore secondai re présente des amplitudes en opposition de phase par rapport à celles des résonances.
Par couplage, les amplitudes s'atténuent. On obtient un signal sonore corrigé ne présentant pas ou peu de résonances dans la zone d'écoute 27.
Les paramètres de l'algorithme peuvent être déterminés au préalable lors de l'installation du dispositif de correction active des propriétés acoustiques dans l'espace sonore 1 .
Il est possible d'utiliser un fi ltre de contrôle 13 adaptatif utilisant, par exemple, un algorith me de type LMS (Least Mean Squares).
Compte tenu des fluctuations inévitables de l'envi ronnement acoustique à corriger, le moyen de contrôle du signal 7 doit s'y adapter en temps réel.
Cela peut également être obtenu par la mesure de grandeurs (ex. la température) servant à modifier les paramètres de l'algorithme.
Chaque moyen de contrôle du signal 7 comprend une voie 1 6 reliée à une source secondai re 8.
Chaque voie peut traiter plusieurs modes à la fois.
Les positions de correction 1 7 sont prédéterminées de façon à ce que les amplitudes produites par les sources secondaires 8 permettent un bon couplage avec les modes à traiter tout en limitant le couplage avec les autres modes dans la zone d'écoute 27. La densité fréquentielle et les amortissements sont alors régu lés. Les effets obtenus sont une meilleure homogénéité des réponses fréquentielles et spatiales dans la zone d'écoute 27, et u ne réponse temporelle plus courte. Cette approche consiste à réaliser une correction spatiale pour obteni r une correction fréquentielle.
Dans un mode de réalisation particulier, on peut placer les sources secondaires 8 dans les coi ns de l'espace sonore 1 .
La correction est réalisée dans une portion réduite de l'espace correspondant à la position d'un ou plusieurs auditeurs et plus précisément aux oreilles des auditeurs. Elles peuvent être distantes des sources de reproduction sonore primaire 4. Leur position est choisie de façon à ce qu'elles excitent les résonances gênantes.
Dans un autre mode de réalisation, il est également possible d'appliquer cette correction dans plusieurs zones d'écoute 27.
Dans un autre mode de réalisation, les sources de reproduction sonore primai res 4 sont utilisées pour atténuer les résonances gênantes.
Dans un autre mode de réalisation, un échange d'informations entre le moyen de contrôle du signal 7 et le moyen de traitement du signal à reproduire 3 est possible.
Ainsi, le procédé et le dispositif de correction active des propriétés acoustiques proposé permettent d'obtenir une reproduction sonore plus efficace dans une zone d'écoute 27 grâce à une meilleure répartition de la pression dans cette zone d'écoute 27, entraînant une meilleure répartition fréquentielle des ondes sonores.
Ce procédé est basé sur une approche modale. On cherche à traiter tous les modes en même temps.
L'i nvention permet de corriger ce qui n'est pas corrigeable par d'autres approches, avec une complexité de mise en oeuvre et un coût réduits.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute (27) d'un espace sonore (1 ) comprenant : une étape de conversion d'un signal à reprodui re dans un espace sonore (1 ) produisant un signal sonore primai re entraînant des résonances dans l'espace sonore (1 ), la superposition du signal sonore primaire avec les résonances formant un signal sonore perturbé, une étape d'atténuation des résonances comportant :
• une étape de mesure du signal sonore perturbé, ledit signal sonore perturbé étant converti en signal électrique (32),
• une étape de traitement du signal électrique (32) formant un signal électrique traité (9),
• une étape de conversion par au moins une source de reproduction sonore secondaire (8) dudit signal électrique traité (9) en signal sonore secondai re apte à atténuer lesdites résonances pour obteni r un signal sonore corrigé, caractérisé en ce que : l'étape de mesure du signal sonore perturbé comprend plusieurs positions de mesures (5) prédéterminées dans l'espace sonore (1 ) de façon à mesurer des amplitudes de résonances proches de celles des résonances perturbant la reproduction du signal sonore primaire dans la zone d'écoute (27), le signal sonore secondai re atténuant les résonances est reproduit en plusieurs positions de correction (1 7) prédéterminées dans l'espace sonore (1 ) de façon à agir en sens inverse sur lesdites résonances permettant d'obteni r un signal sonore corrigé homogène dans la zone d'écoute (27), l'étape d'atténuation des résonances est couplée avec une étape de traitement du signal à reprodui re de façon à permettre la production d'un signal sonore modifié apte à mi nimiser la formation des résonances, l'étape de traitement du signal électrique prend en compte tous les signaux sonores perturbés mesurés aux différentes positions de mesures (5).
2. Procédé de correction acoustique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le traitement du signal à reprodui re est un traitement du signal par égalisation.
3. Procédé de correction acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le traitement du signal électrique et le traitement du signal à reproduire utilisent le signal à reprodui re comme référence (31 ).
4. Procédé de correction acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de traitement du signal électrique comprend une étape d'affectation de coefficients pondérant lesdits coefficients suivant la position de mesures (5).
5. Dispositif de correction active des propriétés acoustiques d'une zone d'écoute (27) d'un espace sonore (1 ) comprenant : un moyen de conversion d'u n signal à reproduire (2, 4) dans un espace sonore (1 ) produisant un signal sonore primaire entraînant des résonances dans l'espace sonore (1 ), la superposition du signal sonore primaire avec les résonances formant un signal sonore perturbé, un moyen d'atténuation des résonances comportant : • au moi ns un moyen de mesure du signal sonore perturbé (1 5), ledit signal sonore perturbé étant converti en signal électrique (32), • un moyen de traitement du signal électrique (6) permettant la formation un signal électrique traité (9),
• au moi ns une source de reproduction sonore secondaire (8) convertissant ledit signal électrique traité (9) en signal sonore secondaire apte à atténuer lesdites résonances pour obtenir un signal sonore corrigé , caractérisé en ce que : les moyens de mesure du signal sonore perturbé (1 5) sont répartis en plusieurs positions de mesures (5) prédéterminées dans l'espace sonore (1 ) de façon à mesurer des amplitudes de résonances proches de celles des résonances perturbant la reproduction du signal sonore primaire dans la zone d'écoute (27), les sources de reproduction sonore secondaire (8) convertissant ledit signal électrique traité (9) en signal sonore secondaire sont réparties en plusieurs positions de correction (1 7) prédéterminées dans l'espace sonore de façon à agir en sens i nverse sur lesdites résonances permettant d'obtenir un signal sonore corrigé homogène dans la zone d'écoute (27), le moyen d'atténuation des résonances est couplé avec un moyen de traitement du signal à reproduire (3) de façon à permettre la production d'un signal sonore modifié apte à minimiser la formation des résonances, le moyen de traitement du signal électrique (6) comprend au moins un moyen de contrôle du signal (7) relié à chaque moyen de mesure du signal sonore perturbé (1 5).
6. Dispositif de correction acoustique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de traitement du signal à reprodui re (3) est un moyen de traitement du signal par égalisation.
7. Dispositif de correction acoustique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le moyen d'atténuation des résonances et le moyen de traitement du signal à reprodui re (3) utilisent le signal à reproduire comme référence (31 ).
8. Dispositif de correction acoustique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de contrôle du signal (7) comprend un moyen d'affectation de coefficients (1 0) pondérant lesdits coefficients suivant la position de mesures (5).
9. Dispositif de correction acoustique selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que chaque moyen de contrôle du signal (7) comprend une voie (1 6) reliée à une seule sou rce de reproduction sonore secondaire (8), ladite source de reproduction sonore secondaire (8) convertissant le signal électrique traité (9) en signal sonore secondaire atténuant au moins une résonance.
1 0. Dispositif de correction acoustique selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le moyen de contrôle du signal (7) comprend un filtre de contrôle (13).
1 1 . Dispositif de correction acoustique selon la revendication 1 0, caractérisé en ce que le fi ltre de contrôle (13) est u n filtre adaptatif.
1 2. Dispositif de correction acoustique selon l'une quelconque des revendications 5 à 1 1 , caractérisé en ce que les moyens de mesure du signal sonore perturbé (1 5) sont disposés dans la zone d'écoute (27).
13. Dispositif de correction acoustique selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisé en ce que les moyens de mesure du signal sonore perturbé (1 5) sont disposés à la périphérie de l'espace sonore (1 ).
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