EP3878189A1 - Dispositif acoustique générant un son amélioré - Google Patents

Dispositif acoustique générant un son amélioré

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EP3878189A1
EP3878189A1 EP19842389.9A EP19842389A EP3878189A1 EP 3878189 A1 EP3878189 A1 EP 3878189A1 EP 19842389 A EP19842389 A EP 19842389A EP 3878189 A1 EP3878189 A1 EP 3878189A1
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EP
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actuators
control
actuator
sound
vibrations
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EP19842389.9A
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German (de)
English (en)
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EP3878189B1 (fr
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Christian Bolzmacher
Charles HUDIN
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic device, for example a loudspeaker, generating an improved sound.
  • acoustic devices generating sound by using flat surfaces, three-dimensional surfaces, for example complex surfaces which are vibrated, for example for producing large surface devices or devices integrated into devices having already have another function, such as partitions, door trim in a vehicle, screens for example of a touch pad or smartphone-type smart phone.
  • these devices do not generate a sound of very good quality compared to that emitted by traditional speakers, because the surface vibrated is not dedicated to the generation of sound.
  • the surface can have a particular shape with areas for which the control of the generated sound is complex, fixing areas for which it is also difficult to control the sound emitted, stiffeners, more or less flexible parts. As a result, a homogeneous vibration over the entire surface cannot be generated, which affects the sound quality.
  • the document US2018 / 0249248 describes a surface loudspeaker comprising a plurality of actuators controlled by a controller which is configured to improve the phases and the amplitudes between the signals for each of the actuators.
  • the principle is based on the resolution of the eigenvalues of the laws of behavior in mechanics of continuous media. On a symmetrical surface there are simple solutions. But for complex structures, the controller implements a relatively complex variational method.
  • an acoustic device comprising a surface intended to be vibrated in order to generate a sound and one or more actuators so as to vibrate said surface, means for controlling the actuator (s) ), comprising means for calculating the control signals implementing a reverse filtering operation, and sending control signals to the actuator or actuators.
  • Reverse filtering locally treats acoustic distortions that can deteriorate sound quality.
  • the actuator or actuators are controlled to cancel the vibrations in these zones by means of reverse filtering.
  • the actuator (s) are to be controlled to cancel vibrations in these areas thanks to reverse filtering.
  • an active control of the surface vibration field is carried out by controlling one or more actuators which is or are used, some of them both for producing vibrations intended to generate the desired sound and for cancel vibrations that could deteriorate the desired sound quality.
  • the invention does not prevent the transmission or propagation of waves throughout the surface but cancels, thanks to the actuators, the vibrations at certain points of the plate.
  • the invention therefore makes it possible to compensate for the reverberation of the waves and their propagation which cause an interference phenomenon, that is to say pollution of the desired vibration at a given point by the signal sent to another actuator at another. point of the surface.
  • the use of this reverse filter therefore makes it possible to obtain, on different areas of the plate, a vibration corrected for the effects of dispersion and reverberations.
  • the plate of the device can for example be a glass plate, a plastic plate, a plate with aesthetic function, a plate forming a partition and comprising stiffening elements, a plate in contact with elements which modify the vibrations of the plate ...
  • the device according to the invention can be used to generate a spatialized sound, said to be in three dimensions, by generating several sound sources on the same surface.
  • the zones for which vibrations are controlled may or may not be perpendicular to the actuators.
  • the actuators are for example piezoelectric actuators, advantageously mechanically amplified, electromagnetic actuators, in particular electrodynamic ...
  • the present invention therefore relates to an acoustic device comprising a structure comprising a surface capable of being vibrated at at least one control point so as to emit a sound, and at least one actuator capable of causing deformation on the surface at level of the control point so as to set it in vibration, means for controlling said at least one actuator configured to send control signals to said actuator, comprising means for calculating said control signals, said calculation means implementing a reverse filtering operation, so as to emit, from a sound to be generated, control signals to said at least one actuator, so as to set said at least one control point vibration and emit the given sound, and at least partially compensate for distortion, reverberation and wave propagation.
  • the device comprises several actuators distributed over the surface so as to be able to generate the given sound and to control the vibrations in several control points on the surface.
  • the actuator (s) are arranged directly above the one or more control points.
  • At least part of the control points is distant from the actuator (s) in the plane of the surface and the distance between each actuator and the control point that it controls, in a direction contained in the surface, is less or equal to the greatest distance among the dimension of the sensor in a direction contained in the surface or to the wavelength of the vibrations generated by the actuator.
  • the actuator (s) can be one or more piezoelectric actuators or one or more electromagnetic actuators, advantageously electrodynamic.
  • the control means are for example such that they generate signals so that at least some of the actuators emit the given sound simultaneously or successively.
  • the present invention also relates to an acoustic system comprising at least one device according to the invention, and at least one element and zones of mechanical interaction between the surface of the structure and the element, said structure comprising control points. covering the interaction zones and the calculation means generating control signals such that said control points have reduced vibrations or are not set in vibration.
  • the present invention also relates to a method of operating an acoustic device in order to generate a given sound, said device comprising a structure comprising a surface capable of being vibrated at at least one control point so as to emit a given sound, and at least one actuator capable of causing deformation on the surface at the interaction control point so as to set it into vibration and to emit the given sound, comprising: - the generation of a control signal by an inverse filtering operation from the given sound to be generated,
  • the method may include the steps:
  • the operating method may comprise, prior to the generation of the control signals, for each frequency in the operating frequency range,
  • control signals can be such that said control points are miss in vibration to generate said given sound successively.
  • said method may include the step of integration in the reverse filtering operation of generation of the control signals to the actuator or actuators so as to reduce vibrations in areas vibrating in phase opposition.
  • the method can allow adaptation of the transfer functions.
  • FIG. 1A is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic device implementing several actuators
  • FIG. 1B is a sectional view of the device of FIG. 1A according to the plane A-A,
  • FIG. 2 is a side view shown diagrammatically of a plate vibrated by actuators which are not controlled by signals obtained by reverse filtering,
  • FIG. 3 is a side view represented diagrammatically of a plate vibrated by actuators which are controlled by signals obtained by reverse filtering,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a top view of another example of an acoustic device, the structure of which includes stiffeners,
  • FIG. 5 is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic device using several actuators, in which the control points are not vertically aligned with the actuators,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a top view of an example of an acoustic system in which the acoustic device is in mechanical interaction with an element.
  • FIG. 7 is a schematic representation of an acoustic device with four actuators and four control points
  • FIG. 8 is a matrix of transfer functions connecting each actuator to each control point
  • FIGS. 9 and 10 represent the amplitudes of the reverse transfer functions for the matrix of FIG. 8 and the phases of the reverse transfer functions for the matrix of FIG. 8 respectively
  • FIG. 11 represents the sum of the vibrations between 100 Hz and 1 kHz for an acoustic device according to the invention controlled to vibrate at point P4 and implementing a spatio-temporal inverse filtering by means of IIR filters,
  • FIG. 12 represents the sums of the vibrations between 100 Hz and 1 kHz for an acoustic device not employing space-time inverse filtering.
  • FIGS. IA and IB an example of an acoustic device shown diagrammatically can be seen comprising an acoustic structure 1, actuators A1, A2, A3, A4, A5 in contact with one face of the acoustic structure so as to be able to set it in vibration.
  • the touch interface also includes means 6 for controlling each of the actuators comprising means 8 for calculating control signals.
  • acoustic structure means any structure comprising a surface capable of being vibrated under the action of one or more actuators and of emitting an audible sound, for example for humans to generate vibrations. frequencies for example between 20 Hz and 20 kHz.
  • the surface can be flexible or rigid and have a two-dimensional shape, for example a plate, or a three-dimensional shape, for example a cylinder or a sphere.
  • the material can be a flexible or rigid material, composite or not.
  • the surface can be made for example of plastic, metal, glass, ceramic.
  • the dimensions of the structure can be very variable, for example between a few centimeters and several meters.
  • the thicknesses of the structure can range from less than one millimeter to ten millimeters depending on the materials used.
  • the acoustic structure can form a partition within a building, a surface inside a vehicle, a screen of a telephone, a tablet, a television set or the wall of a piece of furniture.
  • the acoustic structure is in the form of a flat plate and will be designated by “plate”.
  • the actuators are such that they are capable, when activated, of exerting a force on the plate in an out-of-plane direction, ie orthogonal to the plane of the plate, sufficient to put at least part of the plate into vibration
  • the plate of the plate is the plane extending parallel to its largest surface.
  • the actuators are capable of exerting an upward and / or downward force in the representation of FIG. IA.
  • the surface of the actuator (s) is for example between 1 cm 2 and a few cm 2 .
  • the actuators are for example piezoelectric actuators, for example comprising a piezoelectric ceramic pellet, such as PZT (Titano-Zirconate of Lead) or GAIN (Aluminum Nitride) fixed on the plate, for example by bonding or by deposit in thin layers.
  • a piezoelectric ceramic pellet such as PZT (Titano-Zirconate of Lead) or GAIN (Aluminum Nitride) fixed on the plate, for example by bonding or by deposit in thin layers.
  • the piezoelectric actuators comprise means for amplifying the displacement generated by the excitation of the piezoelectric material.
  • the amplification means are of the lever type, of the elliptical type also called “moonie amplifier” or of the circular type also called “cymbal amplifier”.
  • the actuators are electromagnetic actuators of the electrodynamic exciter type. They use a moving coil connected to a ground to vibrate a surface by inertial effect. The control signal is sent to the coils.
  • one end of the actuator is fixed to the surface to be excited and a mass is fixed to the other end of the actuator. The mass is then only in contact with the actuator.
  • a second so-called “reactive” integration mode one end of the actuator is fixed to the surface to be excited and the other end of the actuator is fixed to the solid frame.
  • the actuator is secured directly to the surface, for example by gluing and deforms the surface, for example when the actuator is a piezoelectric pellet.
  • the actuators are placed on the least recessed areas in order to maximize the movement and therefore the vibration.
  • the calculation means 8 implement a reverse filtering operation to determine the actuator control signals.
  • the calculation means also implement a vibration synthesis algorithm determining the desired signal in an area, as a function of the desired vibration in this area. This type of algorithm is well known to those skilled in the art and will not be described in detail.
  • the controller 8 is connected to the actuator or to the actuators for it or transmit the control signals to them.
  • all the actuators participate in the generation of the sound.
  • the actuators participating in the generation of the sound are designated main actuators.
  • one or more actuators participate in the generation of sound, and one or more other actuators serve to reduce, or even eliminate vibrations liable to deteriorate the quality of the sound emitted by the structure, these actuators are designated corrective actuators.
  • the main actuator or the main actuators are arranged on areas of the plate making it possible to actuate a maximum section of this plate in order to generate maximum displacement and therefore lower frequencies.
  • FIG. 1A several actuators are distributed under the surface of the plate and are connected to the controller 8.
  • all the actuators can be main actuators and allow the entire surface of the structure to be vibrated and therefore provide a high intensity sound.
  • all the actuators are main actuators.
  • the device of FIG. 1A also includes a sensor C for measuring the change in vibrations of the plate due to its initial state. The change may be due to the expansion of the material of the plate following a change in temperature or a change in embedding or the application of pressure on the plate. These phenomena can modify the transfer functions which will be described below.
  • the information provided by the sensor advantageously makes it possible to adapt the transfer functions to the new characteristics of the plate.
  • the sensor is for example a temperature, stress, vibration sensor.
  • the device comprises piezoelectric actuators, they can also serve as sensors, for example stress and / or vibration sensors.
  • electrostatic actuators one or more sensors can be used.
  • the device comprises three actuators A1 ', A2', A3 'and the control points Z, Z2', Z3 'set in vibration of the plate are those directly to the right of the actuators A, A2', A3 '.
  • the controller determines the control signal to be sent to each of the actuators, all the actuators are excited so that they vibrate the plate.
  • control points Z, Z2 ', Z3' do not vibrate in the same way. If we consider that the control point Zl 'vibrates in the way desired to generate the desired sound, the control point Z2 'vibrates in phase with the control point Z, but the control point Z3' vibrates in phase opposition with the control point Z1 '. This phase difference results for example from specific constraints applied at the control point Z3 ', for example by fixing means, or due to a structural difference in the plate, for example a variation in thickness or stiffness or in the made of the frequency effect of the plaque, which can appear more particularly at high frequency.
  • phase vibrations of the one Z2 'control point can be beneficial to the desired sound generation.
  • the vibrations in phase opposition of the control point Z3 ' deteriorate the sound emitted by the control point Zl'.
  • FIG. 3 a side view, shown diagrammatically, can be seen, the acoustic device of FIG. IA, the actuators of which are controlled with the controller 8 implementing calculation means applying the reverse filtering operation in an excited state. in order to make a sound.
  • control point Z1 and Z2 vibrate in phase, and that the control point Z3 does not vibrate.
  • the signals transmitted are such that the control point Z3 does not vibrate and therefore does not participate in deteriorating the quality of the sound.
  • the calculation means by applying the reverse filtering operation, take account of the specificities of the different surfaces (shape, fixing point, etc.) to calculate the signals so that the vibrations of the control points participate positively to the generation of the desired sound, which thus makes it possible to obtain a sound of improved quality, cleaned of vibrations liable to deteriorate it.
  • An actuator m (having a linear response) capable of vibrating the plate by a signal s m , produces at position j a displacement denoted U j (t) defined by:
  • H jm the transfer function between the control point j and the piezoelectric actuator m.
  • the displacement U j at the center of an actuator i is therefore not proportional to the signal applied to it, but is filtered by the response of the actuator stuck to the plate and depends, via the terms H jm , on the signals sent to other actuators which produce waves propagating throughout the plate.
  • the inverse filter method consists in inverting the matrix H ⁇ ) for each frequency. This matrix will be used to build the signal S ( ⁇ ), which will produce the displacement U (w) desired at the control point, thanks to the following equation:
  • the signal S j (t) will be sent to the various actuators to obtain the desired displacement v on the various control points.
  • This filter is temporal insofar as it operates a transformation on the amplitude and the phase at all frequencies, and spatial since it takes into account the signals emitted by all of the actuators.
  • a database of the behavior of each of the areas of the plate that we wish to vibrate is produced, in order to know the behavior of these areas at the different frequencies at which they can be vibrated. For this, control signals are sent to the actuators so that they vibrate the different zones by varying the vibration frequency over the entire frequency range of the sound that we are likely to want to produce with the plate.
  • one of the actuators is chosen, for example the actuator A, and the associated control point Z1, as a reference, and the behavior of the other control points is compared with respect to the behavior of the control point Zl.
  • a laser vibrometer to measure the displacement of the different control points.
  • the actuators are used to measure the displacement of the various control points, for example in the case of piezoelectric actuators, the variation in current due to the deformation of the pellets made of piezoelectric material is measured.
  • the behavior of the control points can vary according to the frequency, a control point vibrating in phase with the reference control point at a first frequency can vary in phase opposition to a second frequency.
  • control points vibrating in phase opposition with respect to the control point Z1, that they will not vibrate.
  • the signals will be established so that ultimately these control points do not vibrate.
  • control points vibrating in phase generally, their vibrations are preserved which will be added in a beneficial way to the vibrations of the control point Z1. Provision may be made to generate control signals so as to amplify the vibrations in the event that these are of lower amplitudes than that of the vibrations of the control point Z1.
  • the singular zones of the plate are determined, for example the fixing zones, the zones having complex geometry, the vibrations of which are difficult to control. Preferably, it is also decided that these zones will not vibrate. The signals will therefore be established so that ultimately these zones do not vibrate. Certain zones, which one decides not to vibrate for certain frequencies, can be controlled at other frequencies to participate positively in the emission of sound.
  • the frequency response functions H ij (w) are established linking each actuator q to each control point.
  • the functions can be calculated, obtained from a response database or interpolated from a reduced response database.
  • the matrix H (w) is then assembled from the functions Hij (üj).
  • the inversion or pseudo-inversion is then carried out, since the matrix may not be square, of the matrix H (w) for each frequency of the passband.
  • control signals of the actuators are then calculated to obtain the desired vibrations using the inverse matrix H (w) 1 .
  • the calculation means applying the reverse filtering operation generate signals sq (t) to the different actuators.
  • the signal sent to the actuator A3 may be such that it vibrates the point Z3 control point, but this takes into account the propagation effects that the Z3 control point does not vibrate.
  • the signal can be such that it amplifies the vibrations of the control point Z2 which will be added to the vibrations of the control point Z1.
  • the signal sent to the actuator Al takes into account the vibrations of the other actuators to limit the effects on the vibrations of the control point Zl and to act if necessary on the other zones for example on the point of control one Z3 to cancel vibrations at the control point.
  • Reverse filtering generates interdependent control signals and each actuator has effects on its associated control point and on the control points associated with the other actuators.
  • the operating mode of the control means is as follows, considering an interface with Q actuators and with P control points capable of being vibrated to produce a sound. First of all the sound to be produced is chosen, ie and therefore the frequency of the vibrations to be generated. The matrix H w is then selected.
  • the desired vibrations are filtered by the inverse matrix to obtain the actuation control signals.
  • the signals s q (t) for controlling Q actuators are sent and sent to the actuators.
  • One or more control points will actually participate positively in the generation of the sound, ie the control points which will effectively vibrate, and possibly one or more other control points will not vibrate.
  • the interface comprises a single actuator.
  • each actuator is not plumb with a control point, for example the number of actuators and the number of control points are different and / or the actuators are deliberately not at the plumb with checkpoints.
  • the filtering is implemented in the same way, with the distinction that the matrix H (w) is not square since the number of points control is different from the number of actuators.
  • the matrix H (w) -1 is then a pseudo inverse of the matrix H w).
  • control point partly depends on the type of sensor used to measure the response of the plate to vibration.
  • the control point In the case of a laser vibrometer, the control point has a diameter of about 20pm.
  • the control point In the case of an accelerometer or a piezoelectric pellet, it is the size of the sensor which gives the dimension, at most 4 cm in diameter.
  • the potential control points are located in the field close to the actuators.
  • the potential control points are located at a distance at most equal to the dimension of the actuators in the plane of the plate or to the wavelength of the controlled vibrations, the greatest distance being considered.
  • This exemplary embodiment is particularly suitable for operation at medium and high frequency, for example 200 Hz. This is the minimum wavelength, and therefore the frequency maximum, of the frequency band which limits the maximum distance between the control point and the actuator when the wavelength is greater than the dimension of the actuator.
  • This wavelength depends on the speed of the propagation of the wave in the plate and on its frequency.
  • the speed of propagation is around 150m / s at 1000Hz. That is, the maximum distance between the center of the control point and the center of the actuator is approximately 15cm (wavelength).
  • the propagation speed is around 450m / s and the wavelength is 4.5cm.
  • the maximum distance between the center of the control point and the center of the actuator is 20cm.
  • an example of an acoustic device can be seen in which the structure comprises a plate and mechanical reinforcements 10 or stiffeners.
  • a main actuator A1 is chosen, which is arranged at the intersection of the stiffeners 10 and the correcting actuators A2, A3, A4, A5 are arranged between the stiffeners 10.
  • the matrix H w takes into account the presence of stiffeners.
  • the control points are level with the actuators.
  • the actuator A1 is chosen as the main actuator because, because of its positioning on the stiffeners, it is capable of causing the vibration of at least a large part of the plate, which allows to generate a sound of high intensity .
  • the actuators A2 to A5 reduce or even eliminate the effects, for example of the embedding of the stiffeners.
  • the actuator A1 is dimensioned to vibrate the plate despite the presence of the stiffeners.
  • the main actuators are the actuators A2 to A5, the excitation of an actuator in each zone delimited by the stiffeners makes it possible to use the entire plate to generate the sound, and the actuator Al is used as corrective actuator for reduce or even eliminate vibrations resulting from stiffeners and which may deteriorate the sound.
  • FIG. 5 shows schematically an example of an acoustic device in which all the control points Z1 ", Z2", Z4 "are distant from the actuators A1", A2 ", A4 "in the plane of the plate.
  • the control points Z3" and Z5 are perpendicular to the actuators A3" and A5 ".
  • the actuators A1" to A5 are for example all of the main actuators.
  • the spatialization of sound conventionally uses a large number of speakers of the conventional type aligned and controlled by attenuated and delayed signals originating from the same filtered source signal. The vibrations add up to generate the same sound.
  • only one part of the control points of the plate is excited to emit a sound, and by controlling the actuators so as to move the control points emitting a sound, the source of the sound can be moved and generate a moving sound and thus form a home theater type acoustic device.
  • FIG. 6 an example of an acoustic device can be seen, the plate of which is in interaction with a mechanical element 14.
  • the device comprises a main actuator A1 located in the center of the plate and correcting actuators A2, A3, A4 distributed around the actuator A1, the actuators A2 and A3 being at the control points Z2, Z3 of the plate in mechanical interaction with the mechanical element 14, to reduce or cancel the vibrations at these control points and avoid vibrations can deteriorate the sound generated with the main actuator A1.
  • this device can be integrated into a door of a motor vehicle, the mechanical element being for example the sheet metal of the bodywork and the interaction points Z2, Z3 are fixing points.
  • the actuators A2 and A3 can be located at a distance from the points in mechanical interaction with the mechanical element at a distance at most equal to the dimension of the actuators in the plane or to the wavelength of the controlled vibrations.
  • a spatio-temporal inverse filtering also makes it possible to significantly reduce the number of transfer functions required for the operation of the acoustic device according to the invention, and therefore the number of filters to be used. Reducing the number of filters reduces the complexity of the calculations and the cost of an acoustic device.
  • calculation means can be configured to use the same transfer function to control several actuators.
  • FIG. 7 We consider an acoustic device such as that shown in FIG. 7 comprising four actuators A1 to A4 and the control points, designated PI to P4, are positioned on the actuators.
  • the matrix of transfer functions for each point PI to P4 (line) is represented as a function of the actuator actuated A1 to A4 (column) for frequencies up to 1 kHz.
  • FIGS. 9 and 10 the amplitudes and the phases of the inverse transfer functions of the matrix of FIG. 8 are shown respectively.
  • the similar or identical transfer functions are grouped by dashed ellipses. We can then use one transfer function instead of two. The pairs of filters implementing these transfer functions can be combined. In this example, the number of filters can be reduced to 10. Without losing quality of filtering.
  • Either only one of the transfer functions is chosen, or the transfer function results from a combination of similar transfer functions, for example n performs an average of the transfer functions.
  • the number of similar functions replaced by a single transfer function can be greater than 2.
  • a reduction in the number of transfer functions and therefore of filters to be implemented is particularly remarkable in the case of an acoustic device comprising a main actuator and secondary actuators distributed on a circle centered on the main actuator. Only three transfer functions can be used, in particular below the 1st resonance (low frequencies). Beyond the first resonance, a fourth transfer function will be advantageously used.
  • the reduction in the number of transfer functions and therefore the reduction in the number of filters are particularly advantageous in the case where filters are used for finite impulse response or FIR (Finite Impulse Response in English terminology).
  • FIR Finite Impulse Response in English terminology.
  • the number of points or “taps” of the FIR filter is preferably at least 4096.
  • an audio processor could be able to execute at least 65536 taps. Thanks to the reduction in the number of transfer functions, which can for example be reduced to 10, the number of taps to be executed is 40,960.
  • FIR filters are particularly interesting at high frequencies.
  • a series of filters 11 R is put in place, formed for example by a cascade of equidistant biquad filters (biquadratic filter) to introduce an almost phase shift -linear.
  • biquadratic filter equidistant biquad filters
  • IIR filters act locally on a reduced frequency band. For example, provision is made to identify the frequencies which interfere with the proper functioning of the acoustic device, such as the resonance frequencies, and to arrange the biquad filters exactly on these frequencies to cancel their contribution. A vibration localization similar or identical to that obtained by FIR filters can be obtained.
  • FIG. 11 we can see the location of the vibrations obtained for a device according to the invention as shown in FIG. 7, implementing space-time filtering using IIR filters. The sum of the vibrations between 100 Hz and 1 kHz is shown. The device is controlled to generate a vibration at control point P4.
  • the darkest areas correspond to the areas with the greatest amplitude deformation. There is a very good location at the P4 checkpoint.
  • Figure 11 shows the sum of the vibrations between 100 Hz and 1 kHz for a device with 4 actuators but without space-time filtering.
  • the darkest areas correspond to the areas with the greatest amplitude deformation.
  • acoustic It is possible to provide, during the design of the acoustic device, for carrying out a step of decomposing the transfer functions in order to determine the close or identical transfer functions and a step of reducing the number of transfer functions to be used for the operation of the device. acoustic. It can also be provided when IIR filters formed by a cascade of biquad filters are used identify the frequencies that interfere with the proper functioning of the acoustic device such as the resonance frequencies and arrange the biquad filters exactly on these frequencies to cancel their contribution.
  • the acoustic device thus designed comprises control means comprising fewer transfer functions than the product of a number of actuators by the number of control points.
  • the number of actuators can range from one actuator up to typically four or five actuators. For larger surfaces a larger number can be used to effectively excite the surface as a speaker.
  • an actuator is placed close to each attachment in order to be able to control / cancel the vibration at this location.
  • the size of the actuator depends on the acoustic spectrum targeted by the surface loudspeaker.
  • An exciter with a diameter of 25 mm and a thickness of 10 mm has a power of 1 W and further excites frequencies ranging from 500 Hz to 20 kHz.
  • An exciter with a diameter of 50 mm and a thickness of 20 mm has a power of 10 W and excites frequencies from 100 Hz.
  • the dimensions of the sensors are chosen according to the nature and the material of the surface.
  • the TECTONIC ® brand electrodynamic exciters can be used in the acoustic devices according to the invention.
  • the piezoelectric pads which typically have a diameter of the order of 20mm and a thickness of the order of 0.5mm, further excite the high frequencies, for example greater than 500Hz.
  • Amplified piezoelectric actuators can drive lower frequencies.
  • the actuators of the APA ® range manufactured by Cedrat Technologies or the PowerHap ® range manufactured by TDK are well suited. These actuators produce a displacement of up to a hundred pm for forces of up to a hundred Newton.
  • the present invention is particularly suitable for the emission of sound by surfaces of complex shape and / or integrated into existing structures, for example partitions, since it makes it possible to take into account the constraints that can negatively modify the sound.
  • the invention can then be used in the field of home automation in the form of a partition or decorative objects having the function of loudspeaker, in the field of transport, in the passenger compartment of a motor vehicle, in the aeronautics, in rail transport, maritime transport ...), in the telecommunications sector to produce speakers for smartphones, for touch tablets, in the production of Hi-Fi speakers.

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Abstract

Dispositif acoustique comportant une structure comprenant une surface (1) apte à être mise en vibration en au moins un point de contrôle de sorte à émettre un son, et des actionneurs(A1, A2, A3, A4, A5)aptesà provoquer une déformation à la surface au niveau de points de contrôle(Z1, Z2, Z3, Z4, Z5) de sorte à la mettre en vibration, des moyens de contrôle (6) des actionneurs(A1, A2, A3, A4, A5)configurés pour envoyer des signaux de contrôle audits actionneurs(A1, A2, A3, A4, A5), comprenant des moyens de calcul (8) desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d'un son à générer, des signaux de contrôle audits actionneurs (A1, A2, A3, A4, A5), de sorte à mettre au moins une partie des points de contrôle(Z1, Z2, Z3,, Z5)en vibration et à émettre le son donné, et compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes.

Description

DISPOSITIF ACOUSTIQUE GÉNÉRANT UN SON AMÉLIORÉ
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un dispositif acoustique, par exemple un haut-parleur, générant un son amélioré.
On cherche à réaliser des dispositifs acoustiques générant un son en utilisant des surfaces planes, des surfaces en trois dimensions, par exemple de surfaces complexes qui sont mises en vibration, par exemple pour réaliser des dispositifs de grande surface ou des dispositifs intégrés à des dispositifs ayant déjà une autre fonction, tels que des cloisons, des garnitures de portière dans un véhicule, des écrans par exemple de tablette tactile ou de téléphone intelligent type smartphone.
Cependant ces dispositifs ne génèrent pas un son de très bonne qualité en comparaison de celui émis par les haut-parleurs traditionnels, car la surface mise en vibration n'est pas dédiée à la génération du son. D'une part la surface peut présenter une forme particulière avec des zones pour lesquelles la maîtrise du son généré est complexe, des zones de fixation pour lesquelles également il est difficile de maîtriser le son émis, des raidisseurs, des parties plus ou moins souples. Il en résulte qu'une vibration homogène sur toute la surface ne peut être générée, ce qui nuit à la qualité du son.
Par exemple, des différentes zones de la surface peuvent vibrer en opposition de phase, ce qui nuit à la qualité du son.
Le document US2018/0249248 décrit un haut-parleur surfacique comportant une pluralité d'actionneurs pilotés par un contrôleur qui est configuré pour améliorer les phases et les amplitudes entre les signaux pour chacun des actionneurs. Le principe se base sur la résolution des valeurs propres des lois de comportement en mécanique des milieux continus. Sur une surface symétrique il existe des solutions simples. Mais pour les structures complexes le contrôleur met en œuvre une méthode variationnelle relativement complexe. EXPOSÉ DE L'INVENTION
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un dispositif acoustique comportant une surface de forme quelconque apte à générer un son de qualité améliorée par rapport aux dispositifs acoustiques de même type.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par une dispositif acoustique comportant une surface destinée à être mise en vibration afin de générer un son et un ou plusieurs actionneurs de sorte à mettre en vibration ladite surface, des moyens de commande du ou des actionneur(s), comprenant des moyens de calcul des signaux de commande mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, et envoyant des signaux de commande à l'actionneur ou aux actionneurs. Le filtrage inverse permet de traiter localement les distorsions acoustiques qui peuvent détériorer la qualité du son.
Grâce à l'invention, il est possible de commander le ou les actionneurs pour maîtriser la génération ou non de vibrations dans différentes zones de la plaque.
Par exemple, dans des zones qui vont produire des vibrations déphasées par rapport aux vibrations déterminées pour produire le son souhaité, le ou les actionneurs sont commandés pour annuler les vibrations en ces zones grâce au filtrage inverse.
Selon un autre exemple, dans les zones qui sont considérées comme susceptibles d'être le lieu de vibrations pouvant détériorer la qualité du son souhaité, par exemple des zones de fixation ou des zones présentant des géométries très complexes, le ou les actionneurs sont être commandés pour annuler les vibrations en ces zones grâce au filtrage inverse.
En d'autres termes, on réalise un contrôle actif du champ des vibrations de la surface en commandant un ou des actionneurs qui est ou sont utilisé(s), pour certains à la fois pour produire des vibrations destinées à générer le son souhaité et pour annuler des vibrations susceptibles de détériorer la qualité du son souhaité.
L'invention n'empêche pas la transmission ou la propagation des ondes dans l'ensemble de la surface mais annule, grâce aux actionneurs les vibrations en certains points de la plaque. L'invention permet donc de compenser la réverbération des ondes et leur propagation qui entraînent un phénomène d'interférence, c'est-à-dire une pollution de la vibration souhaitée en un point donné par le signal envoyé à un autre actionneur en un autre point de la surface. L'usage de ce filtre inverse permet donc d'obtenir, sur différentes zones de la plaque, une vibration corrigée des effets de dispersion et de réverbérations.
L'invention permet également d'utiliser tout type de surface plane, en trois dimensions, par exemple complexe, pour générer un son en tenant compte des particularités de cette surface, telles que sa configuration, les zones subissant des contraintes spécifiques,... la plaque du dispositif peut par exemple être une plaque de verre, une plaque en plastique, une plaque à fonction esthétique, une plaque formant une cloison et comprenant des éléments de rigidification, une plaque en contact avec des éléments qui modifient les vibrations de la plaque...
De manière très avantageuse, le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour générer un son spatialisé, dit en trois dimensions, en générant plusieurs sources sonores sur la même surface.
Les zones pour lesquelles on maîtrise les vibrations peuvent être à l'aplomb des actionneurs ou non.
Les actionneurs sont par exemple des actionneurs piézoélectriques, avantageusement amplifiés mécaniquement, des actionneurs électromagnétiques, en particulier électrodynamiques...
La présente invention a alors pour objet un dispositif acoustique comportant une structure comprenant une surface apte à être mise en vibration en au moins un point de contrôle de sorte à émettre un son, et au moins un actionneur apte à provoquer une déformation à la surface au niveau du point de contrôle de sorte à la mettre en vibration, des moyens de contrôle dudit au moins un actionneur configurés pour envoyer des signaux de contrôle audit actionneur, comprenant des moyens de calcul desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en œuvre une opération de filtrage inverse, de sorte à émettre, à partir d'un son à générer, des signaux de contrôle audit au moins un actionneur, de sorte à mettre ladite au moins un point de contrôle en vibration et à émettre le son donné, et compensant au moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes.
Dans un exemple avantageux, le dispositif comporte plusieurs actionneurs répartis sur la surface de sorte à pouvoir générer le son donnée et maîtriser les vibrations dans plusieurs points de contrôle de la surface.
Par exemple, le ou les actionneurs sont disposés à l'aplomb du ou desdits points de contrôle.
Par exemple au moins une partie des points de contrôle est distante du ou des actionneurs da ns le plan de la surface et la dista nce entre chaque actionneur et le point de contrôle qu'il contrôle, dans une direction contenue dans la surface, est inférieure ou égale à la plus grande distance parmi la dimension du capteur dans un direction contenue dans la surface ou à la longueur d'onde des vibrations générées par l'actionneur.
Le ou les actionneurs peuvent être un ou des actionneurs piézoélectriques ou un ou des actionneurs électromagnétiques, avantageusement électrodynamiques.
Les moyens de contrôle sont par exemple tels qu'ils génèrent des signaux pour qu'au moins une partie des actionneurs émettent le son donné simultanément ou successivement.
La présente invention a également pour objet un système acoustique comportant au moins un dispositif selon l'invention, et au moins un élément et des zones d'interaction mécanique entre la surface de la structure et l'élément, ladite structure comportant des points de contrôle recouvrant les zones d'interaction et les moyens de calcul générant des signaux de contrôle tels que lesdits points de contrôle ont des vibrations réduites ou ne sont pas mises en vibration.
La présente invention a également pour objet un procédé de fonctionnement d'un dispositif acoustique en vue de générer un son donné, ledit dispositif comportant une structure comprenant une surface apte à être mise en vibration en au moins un point de contrôle de sorte à émettre un son donné, et au moins un actionneur apte à provoquer une déformation à la surface au niveau du point de contrôle d'interaction de sorte à la mettre en vibration et à émettre le son donné, comportant : - la génération d'un signal de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir du son donné à générer,
- l'application du signal de contrôle audit au moins actionneur.
Dans le cas d'un dispositif comportant plusieurs points de contrôle et plusieurs actionneurs, le procédé peut comporter les étapes :
- génération de signaux de contrôle par une opération de filtrage inverse à partir du son donné à générer,
- application des signaux de contrôle à tout ou partie des actionneurs.
Le procédé de fonctionnement peut comporter, préalablement à la génération des signaux de contrôle, pour chaque fréquence dans la gamme de fréquence de fonctionnement,
la détermination parmi les points de contrôle du ou des points de contrôle vibrant en phase avec un point de contrôle de référence et du ou des points de contrôle vibrant en opposition de phase par rapport au point de contrôle de référence, l'intégration dans l'opération de filtrage inverse de générer des signaux de contrôle à l'actionneur ou aux actionneurs de sorte à amplifier les vibrations du ou des points de contrôle vibrant en phase, et à réduire les vibrations au niveau des points de contrôle vibrant en opposition de phase.
Dans un mode avantageux, les vibrations aux points de contrôle vibrant en opposition de phase sont annulées.
Dans le cas où plusieurs points de contrôle sont destinés à être mis en vibration pour générer un son, les signaux de commande peuvent être tels que lesdits points de contrôle sont miss en vibration pour générer ledit son donné successivement.
Dans le cas où la structure comporte des zones d'interaction mécaniques avec au moins un élément extérieur, ledit procédé peut comporter l'étape d'intégration dans l'opération de filtrage inverse de génération des signaux de contrôle à l'actionneur ou aux actionneurs de sorte à réduire les vibrations dans les zones vibrant en opposition de phase. Dans le cas où la structure comporte au moins un élément de mesure pour détecter un changement de la vibration de la plaque, le procédé peut permettre une adaptation des fonctions de transfert.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
La figure IA est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un exemple de dispositif acoustique mettant en œuvre plusieurs actionneurs,
La figure IB est une vue en coupe du dispositif de la figure IA selon le plan A-A,
La figure 2 est une vue de côté représenté schématiquement d'une plaque mise en vibration par des actionneurs qui ne sont pas commandés par des signaux obtenus par filtrage inverse,
La figure 3 est une vue de côté représenté schématiquement d'une plaque mise en vibration par des actionneurs qui sont commandés par des signaux obtenus par filtrage inverse,
La figure 4 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un autre exemple de dispositif acoustique dont la structure comporte des raidisseurs,
La figure 5 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un exemple de dispositif acoustique mettant en œuvre plusieurs actionneurs, da ns lequel les points de contrôle ne sont pas à l'aplomb des actionneurs,
La figure 6 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un exemple de système acoustique dans lequel le dispositif acoustique est en interaction mécanique avec un élément.
La figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif acoustique à quatre actionneurs et quatre points de contrôle,
La figure 8 est une matrice de fonctions de transferts reliant chaque actionneur à chaque point de contrôle, Les figures 9 et 10 représentent les amplitudes des fonctions de transfert inverses pour la matrice de la figure 8 et les phases des fonctions de transfert inverses pour la matrice de la figure 8 respectivement,
La figure 11 représente la somme des vibrations entre 100 Hz et 1kHz pour un dispositif acoustique selon l'invention commandé pour vibrer au point P4 et mettant en oeuvre un filtrage inverse spatio-temporel au moyen de filtres IIR,
La figure 12 représente les sommes des vibrations entre 100 Hz et 1kHz pour un dispositif acoustique ne mettant pas en oeuvre de filtrage inverse spatio-temporel.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur les figures IA et IB, on peut voir un exemple de dispositif acoustique représenté schématiquement comportant une structure acoustique 1, des actionneurs Al, A2, A3, A4, A5 en contact avec une face de la structure acoustique afin de pouvoir la mettre en vibration. L'interface tactile comporte également des moyens de contrôle 6 de chacun des actionneurs comprenant des moyens de calcul 8 de signaux de commande.
Dans la présente demande on entend par « structure acoustique » toute structure comportant une surface apte à être mise en vibrations sous l'action d'un ou plusieurs actionneurs et à émettre un son audible, par exemple pour l'être humain à générer des vibrations de fréquences comprises par exemple entre 20 Hz et 20 kHz. La structure acoustique. La surface peut être souple ou rigide et présenter une forme en deux dimensions, par exemple une plaque, ou une forme en trois dimensions par exemple un cylindre ou une sphère.
Le matériau peut être un matériau souple ou rigide, composite ou non. La surface peut être réalisée par exemple en plastique, métal, verre, céramique.
Les dimensions de la structure peuvent être très variables, par exemple entre quelques centimètres et plusieurs mètres. Les épaisseurs de la structure peuvent aller de moins d'un millimètre à une dizaine de millimètres selon les matériaux employés. Par exemple la structure acoustique peut former une cloison au sein d'un bâtiment, une surface à l'intérieur d'un véhicule, un écran d'un téléphone, d'une tablette, d'un téléviseur ou la paroi d'un meuble Dans les exemples décrits ci-dessus, la structure acoustique est sous forme de plaque plane et sera désignée par « plaque ».
Les actionneurs sont tels qu'ils sont aptes, lorsqu'ils sont activés, à exercer un effort sur la plaque dans une direction hors-plan, i.e. orthogonale au plan de la plaque, suffisant pour mettre au moins une partie de la plaque en vibration Le pla n de la plaque est le plan s'étendant parallèlement à sa plus grande surface. Les actionneurs sont aptes à exercer un effort vers le haut et/ou le bas dans la représentation de la figure IA.
La surface du ou des actionneurs est par exem ple comprise entre 1 cm2 et quelques cm2.
Les actionneurs sont par exemple des actionneurs piézoélectriques, par exemple comprenant une pastille en céramique piézoélectrique, tel que le PZT (Titano- Zirconate de Plomb) ou GAIN (Nitrure d'Aluminium) fixés sur la plaque, par exemple par collage ou par dépôt en couches minces.
De manière avantageuse, les actionneurs piézoélectriques comportent des moyens d'amplification du déplacement généré par l'excitation du matériau piézoélectrique. Par exemple, les moyens d'a mplification sont de type à un levier, de type elliptique également appelés « amplificateur moonie » ou de type circulaire également appelés « amplificateur cymbal ».
Dans un autre exemple, les actionneurs sont des actionneurs électromagnétiques de type excitateur électrodynamique. I ls mettent en œuvre une bobine mobile connectée à une masse pour mettre en vibration une surface par effet inertiel. Le signal de commande est envoyé dans les bobines.
Plusieurs modes d'intégration des actionneurs sont envisageables en fonction du type d'actionneur. A titre d'exemple, plusieurs modes d'intégration sont décrits sans être limitatifs.
Selon un premier mode d'intégration dit « inertiel », une extrémité de l'actionneur est fixée à la surface à exciter et une masse est fixée à l'autre extrémité de l'actionneur. La masse n'est alors qu'en contact avec l'actionneur. Selon un deuxième mode d'intégration dit « réactif », une extrémité de l'actionneur est fixée à la surface à exciter et l'autre extrémité de l'actionneur est fixée au bâti solide.
Selon un troisième mode d'intégration, l'actionneur est solidarisé directement à la surface, par exemple par collage et déforme la surface, par exemple lorsque l'actionneur est une pastille piézoélectrique.
De préférence, les actionneurs sont placés sur les zones les moins encastrées afin de maximiser le mouvement et donc la vibration.
Les moyens de calcul 8 mettent en œuvre une opération de filtrage inverse pour déterminer les signaux de contrôle des actionneurs. Les moyens de calcul mettent en œuvre également un algorithme de synthèse des vibrations déterminant le signal souhaité en une zone, en fonction de la vibration souhaitée dans cette zone. Ce type d'algorithme est bien connu de l'homme du métier et ne sera pas décrit en détail. Le contrôleur 8 est relié à l'actionneur ou aux actionneurs pour lui ou leur transmettre les signaux de commande.
Selon un exemple de réalisation, tous les actionneurs participent à la génération du son. Les actionneurs participant à la génération du son sont désignés actionneurs principaux. Dans un autre exemple de réalisation un ou plusieurs actionneurs participent à la génération du son, et un ou plusieurs autres actionneurs servent à réduire, voire supprimer des vibrations susceptibles de détériorer la qualité du son émis par la structure, ces actionneurs sont désignés actionneurs correcteurs.
De préférence, l'actionneur principal ou les actionneurs principaux sont disposés sur des zones de la plaque permettant d'actionner une section maximale de cette plaque afin de générer un déplacement maximal et donc des fréquences plus basses.
Sur la figure IA, plusieurs actionneurs sont répartis sous la surface de la plaque et sont reliés au contrôleur 8.
Dans cet exemple, tous les actionneurs peuvent être des actionneurs principaux et permettent de mettre en vibration toute la surface de la structure et donc d'offrir un son de forte intensité. Par exemple tous les actionneurs sont des actionneurs principaux. De manière avantageuse, le dispositif de la figure IA comporte également un capteur C pour mesurer le changement des vibrations de la plaque dû par rapport son état initial. Le changement peut être dû la dilatation du matériau de la plaque suite à un changement de température ou à un changement d'encastrement ou à l'application d'une pression sur la plaque. Ces phénomènes peuvent modifier les fonctions de transfert qui seront décrites ci-dessous. Les informations fournies par le capteur permettent avantageusement d'adapter les fonctions de transfert aux nouvelles caractéristiques de la plaque.
Le capteur est par exemple un capteur de température, de contrainte, de vibration. Dans le cas où le dispositif comporte des actionneurs piézoélectriques, ils peuvent également servir de capteurs, par exemple de capteurs de contrainte et/ou de vibration. Dans le cas d'actionneurs électrostatiques, un ou des capteurs peuvent être mis en oeuvre.
Nous allons décrire un exemple de fonctionnement d'un dispositif acoustique avec un contrôleur mettant en œuvre des moyens de calcul 10 appliquant une opération de filtrage inverse, et avec un contrôleur, dans lequel les moyens de calcul n'appliquent pas l'opération de filtrage inverse.
On souhaite émettre un son donné, i.e. mettre en vibration tout ou partie de la plaque à une certaine fréquence.
Sur la figure 2, on peut voir une vue de côté, qui est représentée schématiquement, d'un dispositif acoustique avec un contrôleur dans lequel les moyens de calcul n'appliquant l'opération de filtrage inverse dans un état excité afin d'émettre un son.
Le dispositif comporte trois actionneurs Al', A2', A3' et les points de contrôle Z , Z2', Z3'mises en vibration de la plaque sont celles directement au droit des actionneurs A , A2', A3'.
Lorsqu'on souhaite émettre un son, le contrôleur détermine le signal de commande à envoyer à chacun des actionneurs, tous les actionneurs sont excités pour qu'ils mettent en vibration la plaque.
On constate que toutes les points de contrôle Z , Z2', Z3' ne vibrent pas de la même manière. Si on considère que le point de contrôle Zl' vibre de la manière souhaitée pour générer le son souhaité, le point de contrôle Z2' vibre en phase avec le point de contrôle Z , mais le point de contrôle Z3' vibre en opposition de phase avec le point de contrôle Zl'. Cette différence de phase résulte par exemple de contraintes spécifiques appliquées au point de contrôle Z3', par exemple par des moyens de fixation, ou du fait d'une différence structurelle de la plaque, par exemple une variation d'épaisseur ou de rigidité ou du fait de l'effet fréquentiel de la plaque, qui peut apparaître plus particulièrement à haute fréquence.
Les vibrations en phase du point de contrôle one Z2' peuvent être bénéfiques à la génération du son souhaitée. En revanche, les vibrations en opposition de phase du point de contrôle Z3' détériorent le son émis par le point de contrôle Zl'.
Sur la figure 3, on peut voir une vue de côté, représentée schématiquement, le dispositif acoustique de la figure IA dont les actionneurs sont commandés avec le contrôleur 8 mettant en oeuvre des moyens de calcul appliquant l'opération de filtrage inverse dans un état excité afin d'émettre un son.
On observe que les le point de contrôle Zl et Z2 vibrent en phase, et que le point de contrôle Z3 ne vibre pas.
Dans cet exemple, grâce à l'invention et à la l'opération de filtrage inverse, les signaux émis sont tels que le point de contrôle Z3 ne vibre pas et donc ne participe pas à détériorer la qualité du son.
De manière générale, si tous les actionneurs sont commandés directement pour exciter les différents points de contrôle à la fréquence du son à émettre sans tenir compte des spécificités de chacune des zones, le son obtenu est de qualité médiocre.
Selon l'invention les moyens de calcul, en appliquant l'opération de filtrage inverse, tiennent compte des spécificités des différentes surfaces (forme, point de fixation, ...) pour calculer les signaux de sorte que les vibrations des points de contrôle participent positivement à la génération du son souhaité, ce qui permet ainsi d'obtenir un son de qualité améliorée, nettoyé des vibrations susceptibles de le détériorer.
Nous allons décrire l'opération de filtrage inverse. Une telle opération est par exemple décrite dans l'article « Optimal focusing by spatio-temporal inverse filter. I. Basic principles » M. Tanter et al., The Journal of the Acoustical Society of America 110, 37 (2001) appliquée au traitement d'image en imagerie médicale.
Un actionneur m (possédant une réponse linéaire) apte à mettre en vibration la plaque par un signal sm, produit à la position j un déplacement noté Uj(t) défini par :
Avec :
* le produit de convolution
hjm la matrice h des réponses impulsionnelles entre le point de contrôle j et l'actionneur piézoélectrique m
Ce qui donne dans le domaine fréquentiel :
Avec :
Hjm la fonction de transfert entre le point de contrôle j et l'actionneur piézoélectrique m.
La vitesse angulaire w = 2 nf.
Lorsque plusieurs éléments piézoélectriques sont activés, le déplacement est l'addition de toutes les contributions individuelles :
Si maintenant on considère N éléments piézoélectrique et N points de contrôle sur la surface de la plaque, l'équation peut s'écrire sous forme matricielle :
Le déplacement Uj au centre d'un actionneur i n'est donc pas proportionnel au signal qui lui est appliqué, mais est filtré par la réponse de l'actionneur collé à la plaque et dépend, via les termes Hjm, des signaux envoyés aux autres actionneurs qui produisent des ondes se propageant dans toute la plaque. La méthode du filtre inverse consiste à inverser la matrice H ώ) pour chaque fréquence. Cette matrice sera utilisée pour construire le signal S(œ), qui produira le déplacement U(w) souhaité au point de contrôle, grâce à l'équation suivante :
Pour finir, le filtrage s'effectue dans le domaine temporel, grâce au produit de convolution entre le déplacement vm(t ) et la transformée de Fourier inverse de Hj
Le signal Sj (t ) sera envoyé aux différents actionneurs pour obtenir le déplacement v voulu sur les différents points de contrôles.
En inversant la matrice, on compense l'ensemble des effets, avant génération des signaux de contrôle pour obtenir le déplacement souhaité malgré les distorsions, les réverbérations et les propagations des ondes.
Ce filtre est temporel dans la mesure où il opère une transformation sur l'amplitude et la phase à toutes les fréquences, et spatial puisqu'il prend en compte les signaux émis par l'ensemble des actionneurs.
Nous allons maintenant expliquer comment peut être déterminée la matrice Hw.
Tout d'abord on réalise une base de données du comportement de chacune des zones de la plaque que l'on souhaite mettre en vibration, afin de connaître le comportement de ces zones aux différentes fréquences auxquelles elles peuvent être mises en vibration. Pour cela on envoie des signaux de commande aux actionneurs pour qu'ils mettent en vibration les différentes zones en faisant varier la fréquence de vibration sur toute la gamme de fréquence du son que l'on est susceptible de vouloir produire avec la plaque.
Par exemple, on choisit un des actionneurs, par exemple l'actionneur A, et le point de contrôle associé Zl, comme référence, et on compare le comportement des autres points de contrôle par rapport au comportement du point de contrôle Zl. Par exemple on utilise un vibromètre laser pour mesurer le déplacement des différents points de contrôle. Ainsi on détermine si les différents points de contrôle vibrent en phase ou en opposition de phase avec le point de contrôle Zl. En variante, on utilise les actionneurs pour mesurer le déplacement des différents points de contrôle, par exemple dans le cas d'actionneurs piézoélectriques on mesure la variation de courant due à la déformation des pastilles en matériau piézoélectrique.
Les comportements des points de contrôle peuvent varier en fonction de la fréquence, un point de contrôle vibrant en phase avec le point de contrôle de référence à une première fréquence peut varier en opposition de phase à une deuxième fréquence.
De préférence, pour chaque fréquence on décide pour les points de contrôle vibrant en opposition de phase par rapport au point de contrôle Zl, qu'ils ne vibreront pas. Les signaux seront établis de sorte que finalement ces points de contrôle ne vibrent pas.
En variante il peut être décidé d'appliquer des signaux de sorte qu'elles vibrent en phase, cependant cette commande est plus complexe.
Concernant les points de contrôle vibrant en phase généralement, on conserve leurs vibrations qui vont s'ajouter de manière bénéfique aux vibrations du point de contrôle Zl. On peut prévoir de générer des signaux de commande de sorte à amplifier les vibrations dans le cas où celles-ci seraient d'amplitudes plus faibles que celle des vibrations du point de contrôle Zl.
En outre il est tenu compte de l'effet des vibrations d'un point de contrôle sur l'autre afin de compenser les effets de propagation.
Par ailleurs, on détermine les zones singulières de la plaque, par exemple les zones de fixation, les zones ayant de géométrie complexe dont les vibrations sont difficiles à maîtriser. De préférence, on décide également que ces zones ne vibreront pas. Les signaux seront donc établis de sorte que finalement ces zones ne vibrent pas. Certaines zones, que l'on décide de ne pas faire vibrer pour certaines fréquences, peuvent être commandées à d'autres fréquences pour participer positivement à l'émission du son.
A partir de toutes ces informations, on établit les fonctions de réponse en fréquence H i j ( w ) liant chaque actionneur q à chaque point de contrôle. Les fonctions peuvent être calculées, obtenues à partir d'une base de données de réponses ou interpolées à partir d'une base réduite de réponses.
La matrice H(w) est ensuite assemblée à partir des fonctions Hij(üj).
On réalise ensuite l'inversion ou la pseudo-inversion, car la matrice peut ne pas être carrée, de la matrice H(w) pour chaque fréquence de la bande passante.
On calcule ensuite les signaux de pilotage des actionneurs pour obtenir les vibrations souhaitées en utilisant la matrice inverse H(w) 1.
Enfin les signaux sq(t) sont émis pour tout ou partie des actionneurs.
Les moyens de calcul appliquant l'opération de filtrage inverse génèrent des signaux sq(t) aux différents actionneurs. Par exemple, en considérant le dispositif de la figure IA, dans le cas où il a été décidé de ne pas faire vibrer le point de contrôle Z3, le signal envoyé à l'actionneur A3 peut être tel qu'il mette en vibration le point de contrôle Z3, mais il en résulte en tenant compte des effets de propagation que le point de contrôle Z3 ne vibre pas.
Ou dans le cas du point de contrôle Z2 vibrant en phase, le signal peut être tel qu'il amplifie les vibrations du point de contrôle Z2 qui vont s'ajouter aux vibrations du point de contrôle Zl.
Concernant le point de contrôle Zl, le signal envoyé à l'actionneur Al prend en compte les vibrations des autres actionneurs pour limiter les effets sur les vibrations du point de contrôle Zl et pour agir si nécessaire sur les autres zones par exemple sur le point de contrôle one Z3 pour annuler les vibrations au niveau du point de contrôle.
Le filtrage inverse génère des signaux de commande interdépendants et chaque actionneur a des effets sur son point de contrôle associé et sur les points de contrôle associés aux autres actionneurs.
Cette interdépendance permet d'améliorer sensiblement la qualité du son émis et ceci même avec des structures de forme très particulières.
Le mode de fonctionnement des moyens de contrôle est le suivant, en considérant une interface à Q actionneurs et avec P points de contrôle susceptibles d'être mises en vibration pour produire un son. Tout d'abord le son à produire est choisi, i.e. et donc la fréquence des vibrations à générer. La matrice Hw est alors sélectionnée.
Lors d'une étape suivante, on effectue un filtrage des vibrations souhaitées par la matrice inverse pour obtenir les signaux de pilotage des actionneurs.
Lors d'une étape suivante, les signaux sq (t ) de commande de Q actionneurs sont émis et envoyés aux actionneurs. Un ou des points de contrôle vont effectivement participer positivement à la génération du son, i.e. les points de contrôle qui vont effectivement vibrer, et éventuellement un ou des autres points de contrôle ne vont pas vibrer.
En variante, l'interface comporte un seul actionneur.
Dans un autre exemple, chaque actionneur n'est pas à l'aplomb d'un point de contrôle, par exemple le nombre d'actionneurs et le nombre de points de contrôle sont différents et/ou les actionneurs ne sont volontairement pas à l'aplomb des points de contrôle.
Dans le cas où le nombre de points de contrôle et le nombre d'actionneurs sont différents, le filtrage est mis en œuvre de la même façon, avec la distinction que la matrice H(w) n'est pas carrée puisque le nombre de points de contrôle est alors différent du nombre d'actionneurs. La matrice H(w)-1 est alors une pseudo inverse de la matrice H w).
La surface du « point de contrôle » dépend en partie du type de capteur utilisé pour mesurer la réponse de la plaque en vibration. Dans le cas d'un vibromètre laser, le point de contrôlé a un diamètre environ 20pm. Dans le cas d'un accéléromètre ou d'une pastille piézoélectrique, c'est la taille du capteur qui donne la dimension, au plus 4 cm de diamètre.
Les points de contrôle potentiels sont situés dans le champ proche des actionneurs. Par exemple, les points de contrôle potentiels sont situés à une distance au plus égale à la dimension des actionneurs dans le plan de la plaque ou à la longueur d'onde des vibrations contrôlées, la plus grande distance étant considérée. Cet exemple de réalisation est particulièrement adapté à un fonctionnement à moyenne et haute fréquence, par exemple de 200 Hz. C'est la longueur d'onde minimale, et donc la fréquence maximale, de la bande fréquentielle qui limite la distance maximale entre le point de contrôle et l'actionneur lors que la longueur d'onde est supérieure à la dimension de l'actionneur.
Cette longueur d'onde dépend de la vitesse de la propagation de l'onde da ns la plaque et de sa fréquence. A titre d'exemple, sur une plaque en polycarbonate la vitesse de propagation et d'environ 150m/s à 1000Hz. C'est-à-dire que la distance maximale entre le centre du point de contrôle et le centre de actionneur est d'environ 15cm (longueur d'onde). À 10kHz, la vitesse de propagation est d'environ 450m/s et la longueur d'onde est de 4,5 cm. À 500Hz, pour une vitesse de propagation de 100m/s, la distance maximale entre le centre du point de contrôle et le centre de l'actionneur est de 20cm.
Sur la figure 4, on peut voir un exemple de dispositif acoustique dans lequel la structure comporte une plaque et des renforts mécaniques 10 ou raidisseurs. Dans cet exemple, parmi les actionneurs on choisit un actionneur principal Al, qui est disposé à l'intersection des raidisseurs 10 et des actionneurs correcteurs A2, A3, A4, A5 sont disposés entre les raidisseurs 10. La matrice Hw prend en com pte la présence des raidisseurs. Dans cet exemple, les points de contrôle sont à l'aplomb des actionneurs.
L'actionneur Al est choisi comme actionneur principal car, du fait de son positionnement sur les raidisseurs, il est apte à provoquer la mise en vibration d'au moins une grande partie de la plaque, de qui permet de générer un son de forte intensité. Les actionneurs A2 à A5 réduisent voire supprime les effets par exemple des encastrements des raidisseurs. L'actionneur Al est dimensionné pour mettre en vibration la plaque malgré la présence des raidisseurs.
En variante, les actionneurs principaux sont les actionneurs A2 à A5, l'excitation d'un actionneur dans chaque zone délimitée par les raidisseurs permet d'utiliser toute la plaque pour générer le son, et l'actionneur Al est utilisé comme actionneur correcteur pour réduire, voire supprimer des vibrations résultant des raidisseurs et pouvant détériorer le son.
Sur la figure 5, est schématisé un exemple de dispositif acoustique dans lequel tous les points de contrôle Zl", Z2", Z4" sont distantes des actionneurs Al", A2", A4" dans le plan de la plaque. Les points de contrôle Z3" et Z5" sont à l'aplomb des actionneurs A3" et A5". Les actionneurs Al" à A5" sont par exemple tous des actionneurs principaux.
On peut alors avantageusement spatialiser le son en parallèle ou en série, permettant par exemple de simuler un son venant de loin. La spatialisation du son met en oeuvre classiquement un grand nombre de haut-parleurs de type classique alignés et commandés par des signaux atténués et retardés issus d'un même signal source filtré. Les vibrations s'additionnent pour générer un même son.
Avec le dispositif selon l'invention on peut reproduire des haut-parleurs alignés et les commander pour réaliser une spatialisation du son, de manière simplifiée.
Selon un autre mode de fonctionnement, une seule partie des points de contrôle de la plaque est excitée pour émettre un son, et en commandant les actionneurs de sorte à se déplacer les des points de contrôle émettant un son, on peut déplacer la source du son et générer un son se déplaçant et ainsi former un dispositif acoustique type home cinéma.
Sur la figure 6, on peut voir un exemple de dispositif acoustique dont la plaque est en interaction avec un élément mécanique 14. Le dispositif comporte un actionneur principal Al située au centre de la plaque et des actionneurs correcteurs A2, A3, A4 répartis autour de l'actionneur Al, les actionneurs A2 et A3 étant au niveau des points de contrôle Z2, Z3 de la plaque en interaction mécanique avec l'élément mécanique 14, pour réduire ou annuler les vibrations au niveau de ces points de contrôle et éviter des vibrations pouvant détériorer le son généré avec l'actionneur principal Al. Par exemple, ce dispositif peut être intégré à une portière de véhicule automobile, l'élément mécanique étant par exemple la tôle de la carrosserie et les points d'interaction Z2, Z3 sont des points de fixation. Les actionneurs A2 et A3 peuvent être situés à distance des points en interaction mécanique avec l'élément mécanique à une distance au plus égal à la dimension des actionneurs dans le plan ou de la longueur d'onde des vibrations contrôlées.
La mise en oeuvre un filtrage inverse spatio-temporel permet également de réduire sensiblement le nombre de fonctions de transfert requis pour le fonctionnement du dispositif acoustique selon l'invention, et donc le nombre de filtres à mettre en oeuvre. La réduction du nombre de filtres permet de réduire la complexité des calculs et le coût d'un dispositif acoustique.
En effet les moyens de calcul peuvent être configurés pour utiliser la même fonction de transfert pour commander plusieurs actionneurs.
On considère un dispositif acoustique tel que celui représenté sur la figure 7 comportant quatre actionneurs Al à A4 et on positionne les points de contrôle, désignés PI à P4, sur les actionneurs.
Sur la figure 8, est représentée la matrice des fonctions de transfert pour chaque point PI à P4 (ligne) en fonction de l'actionneur actionné Al à A4 (colonne) pour des fréquences jusqu'à 1 kHz.
16 fonctions de transfert sont requises pour gérer les effets de l'actionnement de chaque actionneur Al à A4 sur chaque point PI à P4.
Sur la diagonale, on mesure l'effet de l'actionneur au point de mesure localisé sur cet actionneur.
Sur les figures 9 et 10, sont représentées respectivement les amplitudes et les phases des fonctions de transfert inverses de la matrice de la figure 8
On constate que certaines variations d'amplitude sont très proches, de même en ce qui concerne certaines variations de phase, notamment à basse fréquence.
Sur la figure 10, sont regroupées par des ellipses en pointillés les fonctions de transfert proches ou identiques. On peut alors utiliser une seule fonction de transfert au lieu de deux. Les couples de filtres mettant en œuvre ces fonctions de transfert peuvent être combinées. Dans cet exemple, le nombre de filtres peut être réduit à 10. Sans perdre en qualité de filtrage.
De manière avantageuse pour effectuer la compa raison de fonctions de transfert, on réalise une décomposition en valeurs singulières ou SVD (Singular Value Décomposition en terminologie anglo-saxonne) de la matrice.
Soit une seule des fonctions de transfert est choisie, soit la fonction de transfert résulte d'une combinaison des fonctions de transfert similaires, par exemple n effectue une moyenne des fonctions de transfert. Le nombre de fonctions similaires et remplacées par une seule fonction de transfert peut être supérieur à 2.
Le fait que des fonctions de transfert soient relativement proches résulte d'un part d'une symétrie dans la disposition des actionneurs et des points de mesure et de la réciprocité des ondes acoustiques mesurées sur un chemin identique.
Une réduction du nombre de fonctions de transfert et donc de filtres à mettre en œuvre est particulière remarquable dans le cas d'un dispositif acoustique comportant un actionneur principale et des actionneurs secondaire répartis sur une cercle centré sur l'actionneur principal. On peut utiliser uniquement trois fonctions de transfert, en particulier en dessous de la lère résonance (basses fréquences). Au-delà de la première résonance, une quatrième fonction de transfert sera avantageusement utilisée.
La réduction du nombre de fonctions de transfert et donc la réduction du nombre de filtres sont particulièrement intéressantes dans le cas où l'on utilise des filtres à réponse impulsionnelle finie ou FIR (Finite Impulse Response en terminologie anglo- saxonne). Afin qu'un filtre FIR offre de bons résultats dans la présente invention, le nombre de points ou « taps » du filtre FIR est de préférence au moins de 4096.
Dans le cas du dispositif à 4 actionneurs et 4 fonctions de transfert, il faudrait un processeur audio pouvant exécuter au moins 65536 taps. Grâce à la réduction du nombre de fonctions de transfert, qui peut être par exemple réduit à 10, le nombre de taps à exécuter est de 40960.
Les filtres FIR sont particulièrement intéressants à fréquences hautes.
Afin de traitera des fréquences basses qui sont particulièrement susceptibles de dégrader le son à cause des vibrations à une longueur d'onde élevée, il peut être préférable d'utiliser des filtres à réponse impulsionnelle infinie ou 11 R (Infinité Impulse Response en terminologie anglo-saxonne). En outre, ces filtre sont simples à intégrer et ne demandent pas beaucoup de puissance de calcul.
De préférence, pour appliquer le filtrage inverse spatio-temporel et en comparant les différentes fonctions de transfert, on met en place une série de filtres 11 R, formés par exemple par une cascade de filtres biquads (biquadratic filter) équidistants pour introduire un déphasage quasi-linéaire. En travaillant sur l'amplitude on peut introduire un déphasage sur la phase et/ou le choix de l'ordre du filtre permet également de modifier la phase
Cela permet de se rapprocher d'un filtre de type Fl R tout en requérant moins de puissance de calcul. Typiquement entre 5 et 20 biquads peuvent être utilisés pour une bande fréquentielle de la fonction de transfert de 20/50Hz à 1kHz. Au-delà de 1kHz, les vibrations restent relativement localisées et un contrôle n'est souvent pas nécessaire ou peut être fait avec un filtre de type FIR et un nombre de « taps » très réduit, par exemple entre 128 et 512, très rarement 1024 taps.
Les filtres IIR agissent localement sur une bande fréquentielle réduite. On prévoit par exemple d'identifier les fréquences qui gênent le bon fonctionnement du dispositif acoustique telles que les fréquences de résonance et d'agencer les filtres biquad exactement sur ces fréquences pour annuler leur contribution. Une localisation des vibrations similaire ou identique à celle obtenue par des filtres FIR peut être obtenue.
Sur la figure 11, on peut voir la localisation des vibrations obtenues pour un dispositif selon l'invention tel que représenté sur la figure 7, mettant en œuvre un filtrage spatio-temporel utilisant des filtres IIR. La somme des vibrations entre 100 Hz et 1 kHz est représentée. Le dispositif est commandé pour générer une vibration au point de contrôle P4.
Les zones des plus foncées correspondent aux zones présentant la déformation de plus grande amplitude. On constate une très bonne localisation au niveau du point de contrôle P4.
A titre de comparaison, la figure 11 montre la somme des vibrations entre 100 Hz et 1 kHz pour un dispositif à 4 actionneurs mais sans filtrage spatio-temporel. Les zones des plus foncées correspondent aux zones présentant la déformation de plus grande amplitude. On constate une répartition des déformations sur toute la surface.
On peut prévoir, lors de la conception du dispositif acoustique, de réaliser une étape de décomposition des fonctions de transfert afin de déterminer les fonctions de transfert proches ou identiques et une étape de réduction du nombre de fonctions de transfert à utiliser pour le fonctionnement du dispositif acoustique. On peut prévoir également lorsque des filtres IIR formés par une cascade de filtres biquad sont utilisés d'identifier les fréquences qui gênent le bon fonctionnement du dispositif acoustique telles que les fréquences de résonance et d'agencer les filtres biquad exactement sur ces fréquences pour annuler leur contribution.
Le dispositif acoustique ainsi conçu comporte des moyens de contrôle comportant moins de fonctions de transfert que le produit d'un nombre d'actionneurs par le nombre de points de contrôle.
Il sera compris que les différents exemples de dispositif acoustique peuvent être combinés.
A titre d'exemple, sur une surface rectangulaire simple de dimensions inférieures au format A4, le nombre d'actionneurs peut aller d'un actionneur jusqu'à typiquement quatre ou cinq actionneurs. Pour les surfaces plus grandes un nombre plus important peut être mis en œuvre pour efficacement exciter la surface en tant que haut- parleur. Dans le cas des fixations mal maîtrisées, avantageusement un actionneur est placé proche de chaque fixation afin de pouvoir contrôler/annuler la vibration à cet endroit.
La taille de l'actionneur dépend du spectre acoustique visé par le haut- parleur surfacique. Un excitateur de un diamètre 25 mm et d'épaisseur 10 mm a une puissance de 1 W et excite davantage des fréquences allant de 500 Hz jusqu'à 20 kHz. Un excitateur de diamètre 50 mm et d'épaisseur 20 mm a une puissance de 10 W et excite des fréquences à partir de 100 Hz.
Les dimensions des capteurs sont choisies en fonction de la nature et du matériau de la surface. Les excitateurs électrodynamiques de la marque TECTONIC® peuvent être utilisés dans les dispositifs acoustiques selon l'invention. Pour les actionneurs piézoélectriques, les pastilles piézoélectriques, qui ont typiquement un diamètre de l'ordre de 20mm et une épaisseur de l'ordre de 0,5mm, excitent davantage les fréquences hautes, par exemple supérieures à 500Hz. Les actionneurs piézoélectriques amplifiés peuvent exciterdes fréquences plus basses. Les actionneurs de la gamme APA® fabriquée par Cedrat Technologies ou la gamme PowerHap® fabriquée par TDK sont bien adaptés. Ces actionneurs produisent un déplacement allant jusqu'à une centaine de pm pour des forces allant jusqu'à une centaine de Newton. Par exemple on peut envisager de réaliser une cloison formant dispositif acoustique pour équiper une salle de projection, la cloison comportant des montants de rigidification et des points de fixation.
La présente invention est particulièrement adaptée à l'émission du son par des surfaces de forme complexe et/ou intégrés à des structures existantes, par exemple des cloisons, puisqu'elle permet de prendre en compte les contraintes pouvant modifier négativement le son.
L'invention peut alors être utilisée dans le domaine de la domotique sous forme de cloison ou d'objets de décoration ayant avec fonction de haut-parleur, dans le domaine des transports, dans l'habitacle d'un véhicule automobile, dans l'aéronautique, dans le transport ferroviaire, le transport maritime...), dans le domaine de la télécommunication pour réaliser des haut-parleurs pour smartphone, pour tablette tactile, dans la réalisation d'enceintes Hi-fi.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif acoustique comportant une structure comprenant une surface (1) apte à être mise en vibration en au moins un point de contrôle de sorte à émettre un son, et au moins deux actionneurs (Al) aptes à provoquer une déformation à la surface au niveau d'au moins un point de contrôle (Zl) de sorte à la mettre en vibration, des moyens de contrôle (6) desdits actionneurs (Al) configurés pour envoyer des signaux de contrôle auxdits actionneurs, comprena nt des moyens de ca lcul (8) desdits signaux de contrôle, lesdits moyens de calcul mettant en œuvre une opération de filtrage inverse spatio-temporel, de sorte à émettre, à partir d'un son à générer, des signaux de contrôle auxdits actionneurs, de sorte à mettre ladite au moins un point de contrôle (Zl) en vibration et à émettre le son donné, et compensant a u moins partiellement la distorsion, la réverbération et la propagation des ondes.
2. Dispositif selon la revendication 1, comportant plusieurs actionneurs (Al, A2, A3, A4, A5) répartis sur la surface de sorte à pouvoir générer le son donnée et maîtriser les vibrations da ns plusieurs points de contrôle (Zl, Z2, Z3, Z4, Z5) de la surface (1) .
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, da ns lequel le ou les actionneurs (Al, A2, A3, A4, A5) sont disposés à l'aplomb du ou desdits points de contrôle (Zl, Z2, Z3, Z4, Z5).
4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel au moins une partie des points de contrôle est dista nt du ou des actionneurs dans le plan de la surface et dans lequel la distance entre chaque actionneur et le point de contrôle qu'il contrôle, dans une direction contenue dans la surface, est inférieure ou égale à la plus grande distance parmi la dimension de l'actionneur dans une direction contenue dans la surface ou à la longueur d'onde des vibrations générées par l'actionneur.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ou les actionneurs sont des actionneurs piézoélectriques.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le ou les actionneurs sont des actionneurs électromagnétiques, avantageusement électrodynamiques.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens de contrôle sont tels qu'ils génèrent des signaux pour qu'au moins une partie des actionneurs émettent le son donné simultanément ou successivement.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les moyens de contrôle mettent en œuvre des fonctions de transfert, le nombre de fonction de transfert étant inférieur au produit du nombre d'actionneurs par le nombre de points de contrôle.
9. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel les moyens de contrôle comportent des filtres à réponse impulsionnelle infinie.
10. Système acoustique comportant au moins un dispositif selon la revendication 1 à 9, et au moins un élément et des zones d'interaction mécanique entre la surface de la structure et l'élément, ladite structure comportant des points de contrôle recouvrant les zones d'interaction, et dans lequel les moyens de calcul génèrent des signaux de contrôle tels que lesdits points de contrôle ont des vibrations réduites ou ne sont pas mises en vibration.
11. Procédé de fonctionnement d'un dispositif acoustique en vue de générer un son donné, ledit dispositif comportant une structure comprenant une surface apte à être mise en vibration en au moins un point de contrôle de sorte à émettre un son donné, et au moins un actionneur apte à provoquer une déformation à la surface au niveau du point de contrôle d'interaction de sorte à la mettre en vibration et à émettre le son donné, comportant les étapes :
- de génération d'un signal de contrôle par une opération de filtrage inverse spatio-temporel à partir du son donné à générer,
- d'application du signal de contrôle audit au moins actionneur.
12. Procédé de fonctionnement selon la revendication précédente, ledit dispositif comportant plusieurs points de contrôle et plusieurs actionneurs, ledit procédé comportant les étapes :
- de génération de signaux de contrôle par une opération de filtrage inverse spatio-temporel à partir du son donné à générer,
- d'application des signaux de contrôle à tout ou partie des actionneurs.
13. Procédé de fonctionnement selon la revendication 12, comportant, préalablement à la génération des signaux de contrôle, pour chaque fréquence dans la gamme de fréquence de fonctionnement, les étapes :
- de détermination parmi les points de contrôle du ou des points de contrôle vibrant en phase avec un point de contrôle de référence et du ou des points de contrôle vibrant en opposition de phase par rapport au point de contrôle de référence,
- d'intégration dans l'opération de filtrage inverse spatio-temporel de générer des signaux de contrôle à l'actionneur ou aux actionneurs, de sorte à amplifier les vibrations du ou des points de contrôle vibrant en phase, et à réduire les vibrations des points de contrôle vibrant en opposition de phase.
14. Procédé de fonctionnement selon la revendication 13 comportant l'étape d'intégration dans l'opération de filtrage inverse spatio-temporel, de générer des signaux de contrôle à l'actionneur ou aux actionneurs de sorte à annuler les vibrations dans le dans les points de contrôle vibrant en opposition de phase.
15. Procédé de fonctionnement selon l'une des revendications 12, 13 ou 14, dans lequel plusieurs points de contrôle sont destinées à être mises en vibration pour générer un son et dans lequel les signaux de commande sont tels que lesdits points de contrôle sont mis en vibration pour générer ledit son donné successivement.
16. Procédé de fonctionnement selon l'une des revendications 12 à 15, la structure comportant des zones d'interaction mécaniques avec au moins un élément extérieur, ledit procédé comportant l'étape d'intégration dans l'opération de filtrage inverse spatio-temporel de génération des signaux de contrôle à l'actionneur ou aux actionneurs de sorte à réduire les vibrations dans les zones vibrant en opposition de phase.
17. Procédé de fonctionnement selon l'une des revendications 11 à 16, la structure comportant au moins un élément de mesure pour détecter un changement de la vibration de la plaque et permettre une adaptation des fonctions de transfert.
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