EP4413744A1 - Systeme de generation d'ondes sonores pour au moins deux zones distinctes d'un meme espace et procede associe - Google Patents

Systeme de generation d'ondes sonores pour au moins deux zones distinctes d'un meme espace et procede associe

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Publication number
EP4413744A1
EP4413744A1 EP22793574.9A EP22793574A EP4413744A1 EP 4413744 A1 EP4413744 A1 EP 4413744A1 EP 22793574 A EP22793574 A EP 22793574A EP 4413744 A1 EP4413744 A1 EP 4413744A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
matrix
sound
loudspeakers
zones
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22793574.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Edgar CHOUEIRI
Rahulram Sridhar
Joseph George TYLKA
Léo GUADAGNIN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Focal JMLab SAS
Princeton University
Original Assignee
Focal JMLab SAS
Princeton University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Focal JMLab SAS, Princeton University filed Critical Focal JMLab SAS
Publication of EP4413744A1 publication Critical patent/EP4413744A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to the field of systems for generating sound waves making it possible to add sound to a plurality of distinct zones of the same space.
  • the invention also relates to a method for determining the associated filters.
  • the invention can be applied to a large number of technical fields for which it is desired to add sound to several distinct zones of the same space, such as a cinema hall broadcasting a film in several languages simultaneously, a vehicle in which several passengers listen to different sound content, an outdoor concert area around which residents are protected from noise pollution...
  • a “space” can correspond to a space delimited by real or virtual borders, such as a car interior or a district of a city.
  • a “zone” is generally delimited by virtual borders, such as for example a sound bubble around a building or around the head of a listener.
  • one solution consists in forming at least one directional sound beam Os1, Os2 by means of an alignment of loudspeakers HP1 arranged in a given space 1000 .
  • the latter are oriented, physically or by the addition of temporal delays, in the direction of a target zone to be sounded Z1, Z2.
  • the loudspeakers HP1 constituting the network R1 are spaced apart by a distance less than half the maximum of the wavelengths generated by the loudspeakers HP1 so as to obtain interference constructive and to form a substantially cylindrical sound wave.
  • the formation of a directional sound beam also called “beamforming” in the Anglo-Saxon literature, can be obtained from an array of aligned loudspeakers, also known as “line-array” in the literature. Anglo-Saxon.
  • a loudspeaker HP3, HP4 can be associated with each sound reinforcement zone Z3, Z4 of the space 2000.
  • a first loudspeaker HP3 is in responsible for giving sound to the first target zone Z3 while a second loudspeaker HP4 is in charge of giving sound to the second target zone Z4.
  • the loudspeakers HP3 and HP4 emit sound waves in the direction of all the zones Z3, Z4.
  • the first loudspeaker HP3 emits an acoustic wave both perceived at the level of the zone Z3, and whose transfer function is denoted Os5 and at the same time at the level of the zone Z4, whose transfer function is denoted Os6.
  • the second loudspeaker HP4 emits an acoustic wave at the level of the zone Z3 whose transfer function is denoted Os3 and at the same time at the level of the zone Z4 whose transfer function is denoted Os4.
  • the sound propagation matrix which connects the acoustic pressure induced by the different waves in the zones Z3 and Z4 and the signals U3 and U4 sent to each loudspeaker HP3, HP4 can then be written in the form:
  • each loudspeaker HP3, HP4 is associated with filtering F1, F2 controlling the generation of "destructive" sound waves to cancel the undesirable sound waves Os6, Os3 .
  • each loudspeaker HP3, HP4 conventionally forms a sound wave which can be virtually subdivided into an expected sound wave in a zone Z3, Z4 and possibly undesirable sound waves Os6, Os3 and/or destructive ones.
  • An “undesirable” sound wave Os6, Os3 corresponds to a sound wave that one does not wish to see reaching the zones Z3, Z4.
  • a "destructive" sound wave corresponds to a sound wave configured to generate destructive interference at a target area such that the unwanted sound waves Os6, Os3 and the destructive sound waves cancel each other out, at least for the most part.
  • the filters F1, F2 receive as input the two signals U3, U4 representing the sound contents expected respectively in the two zones Z3, Z4.
  • each filter F1, F2 determines the signal S1, S2 to be transmitted to its loudspeaker HP3, HP4, so that this loudspeaker HP3, HP4 generates sound waves making it possible to add sound to its target zone Z3, Z4 as well as destructive sound waves making it possible to limit, at least in part, the sound waves Os6, Os3 generated by the other loudspeaker HP3, HP4 and which are broadcast in the direction of the bad zone Z3, Z4.
  • the filters F1, F2 are formed of different components, each component being intended to filter the corresponding input signal U3, U4.
  • filters F1, F2 can be written in the form of row matrices, as shown below:
  • the signals S1 and S2 at the input of the loudspeakers HP3, HP4 receive the signals U3, U4.
  • the signals S1 and S2 can then be written in the following form: [Math3]
  • the loudspeaker HP3 can be configured so that the audio content F22.U4 in the zone Z3, corresponding to the transfer function Os3, interferes destructively with the audio content F12 .U4 propagated by loudspeaker HP3 in zone Z3.
  • the audio content F11.U3 emitted by the loudspeaker HP3 in the zone Z4, corresponding to the transfer function Os6, interferes destructively with the audio content F21.U3 emitted by the loudspeaker HP4 in the zone Z4, corresponding to the transfer function Os4.
  • a solution can be obtained from the following matrix inversion:
  • the sound waves perceived in the first target zone Z3 correspond mainly to those of the signal U3 and that the sound waves perceived in the second target zone Z4 correspond mainly to those of the signal U4.
  • This solution is particularly complex to implement, in particular when it is desired to reach high frequencies. Indeed, due to the phenomenon of spatial overlapping, particularly present at high frequencies, it is appropriate to use a greater number of loudspeakers to generate the high frequencies with satisfactory sound quality. However, since each loudspeaker is connected to a filter whose number of filters depends on the number of loudspeakers, the more the number of loudspeakers increases, the greater the number of components of the filters. Thus, this solution requires complex and cumbersome electronics, all the more so when the number of loudspeakers and filter components increases and/or when the loudspeakers controlled by the filters use high frequencies, typically higher at 1kHz.
  • the technical problem that the invention sets out to solve is therefore to be able to generate sound waves for at least two distinct zones of the same space with satisfactory sound quality and robustness to movement, while limiting the size of the system, i.e. the number of loudspeakers and the complexity of the control electronics.
  • the invention proposes, for a given space, to generate the low frequencies by filtering the signals transmitted to the woofers to generate destructive interference, and to generate the high frequencies thanks to the at least one directional network of treble loudspeakers for which a filter is pooled in order to filter the signals transmitted to the network of treble loudspeakers to generate destructive interference.
  • the invention stems from a discovery that a network can be modeled as a single directional loudspeaker. It is therefore possible to associate a single filter for the whole of a directional network without losing directivity.
  • a directional network associated with the generation of destructive waves makes it possible to reduce the number of filter components and, consequently, the complexity of the control electronics and the energy consumption of the system.
  • control electronics are generally simplified and the system is therefore easier to integrate into small spaces where the installation constraints are strong, such as the passenger compartment of a car.
  • the invention relates to a system for generating sound waves for at least two distinct zones of the same space; said system comprising for each zone of said space: - At least one treble loudspeaker array comprising at least three treble loudspeakers so as to form at least one directional sound wave; And
  • the system also includes means for audio processing of the signals transmitted to the loudspeakers; said audio processing means controlling at least one loudspeaker to generate destructive sound waves in at least one zone of said space and to obtain distinct sound contents in said at least two distinct zones of said space; each sound content of each zone resulting from the sum of the sound waves propagated in said zone.
  • the invention is characterized in that the audio processing means individually control each bass loudspeaker and mutually each network of treble loudspeakers to generate the destructive sound waves.
  • zones of said space are sound-reinforced by the same network of treble loudspeakers forming at least two directional sound waves.
  • all of the treble loudspeakers in the network can be used to add sound to at least two zones at the same time by forming at least two distinct directional beams.
  • time delays are applied to each tweeter constituting the network.
  • the invention also makes it possible to obtain better robustness to movements within the zones of space.
  • a control point is a reference point located in a zone, for which the transfer function between the loudspeaker and the control point as well as the acoustic pressure at this point are known.
  • the different transfer functions can be integrated into a matrix, called the propagation matrix.
  • the filter associated with the loudspeaker intended to transmit sound waves in the target zone is then calculated to cancel the transfer functions of the unwanted sound waves in the target zone.
  • the calculation of the transfer function magnetization becomes spatially very localized, especially for high frequencies. Stated another way, in the target areas, the constructive and destructive interference of the acoustic waves is very localized around the control points.
  • This method of calculating the filters induces optimal restitution at the level of at least one control point of a target zone and significant variations in the level of acoustic insulation for small variations in spatial position with respect to this central point.
  • a listener who moved his head a few centimeters from the control point of a zone would perceive significant variations in the sound level of unwanted signals from the programs of other listeners. This drawback can make listening difficult and uncomfortable for the listener.
  • the invention makes it possible to respond to this problem because it allows the sound reproduction to be optimal over a wider area than in the prior art.
  • the invention makes it possible to obtain a more homogeneous restitution in the target zone. In other words, a listener who moves his head a few centimeters in relation to the control point of an area would not see the quality of the sound he perceives vary. Its listening experience is therefore generally improved.
  • the space comprising at least four zones
  • the system comprises at least four directional sound waves and at least four bass loudspeakers; said audio processing means controlling: - each bass speaker associated with a target zone to generate waves destructive sound intended to limit the sound waves generated, in the target zone, by the bass loudspeakers associated with other zones; And
  • each tweeter network associated with a target zone to generate destructive sound waves intended to limit the sound waves generated, in the target zone, by the tweeter networks associated with other zones.
  • the treble loudspeaker networks can be used to generate a first sound wave intended for a first zone and a second sound wave intended for a second zone.
  • This embodiment makes it possible to reproduce an effect of spatial distribution of the sound sources.
  • the zones can be defined in a substantially two-dimensional (2D) space.
  • This embodiment then makes it possible to obtain a stereophonic sound reproduction for the listeners, that is to say that they can locate in 2D space the sounds that they perceive. To do this, separate audio content for each ear is sent through the speakers, which helps to improve the immersive experience of the listener.
  • the zones can also be defined in a substantially three-dimensional (3D) space.
  • This embodiment then makes it possible to obtain a 3D sound reproduction for the listeners, that is to say that they can locate in the 3D space the sounds that they perceive.
  • the audio processing means preferably comprise at least one low-pass filter and at least one high-pass filter making it possible to split the signal transmitted to the loudspeakers into at least one high-frequency signal transmitted to the treble loudspeaker networks and at least one low-frequency signal transmitted to the bass loudspeakers.
  • the system can comprise broadband loudspeakers, capable of reproducing both the high-frequency sounds of the treble loudspeakers and the low-frequency sounds of the bass loudspeakers.
  • the system comprises at least one wideband loudspeaker constituting both a bass loudspeaker and a treble loudspeaker of a network, said wideband loudspeaker receiving at least one high-frequency signal and at least one low-frequency signal.
  • the system comprises, for each zone of said space, between 2 and 6 bass loudspeakers and a network comprising between 10 and 20 treble loudspeakers.
  • system further comprises means for detecting the position of the user's head, the audio processing means controlling the at least one bass loudspeaker and the at least one network tweeters to generate the destructive sound waves depending on the position of the user's head.
  • This tracking of the user's head also called “Head-tracking" in Anglo-Saxon literature, makes it possible, in real time, to apply a filter, calculated beforehand, which will generate the best sound reproduction for the user, in depending on the position of his head.
  • the follow-up of the user's head therefore makes it possible to further increase the robustness of the system.
  • the invention relates to a method for determining at least one filtering matrix associated with at least one bass loudspeaker and at least one network of treble loudspeakers of the system as described above.
  • the process comprises the following steps: - measurement and/or simulation of a first propagation matrix between the various bass loudspeakers and the various zones;
  • each propagation matrix including the transfer functions between each bass loudspeaker or treble loudspeaker network and each area;
  • the common matrix includes both the information concerning the directional networks and the bass speakers. This calculation step is particularly useful when the system includes broadband loudspeakers which must simultaneously receive a filtered signal intended for the directional network and a filtered signal intended for the bass loudspeakers.
  • the measurement or the simulation of the first and/or of the second propagation matrix can be carried out in at least one control point per zone.
  • One mode of use is to increase the number of control points inside an area.
  • the objective matrix then imposes obtaining the desired signal at the level of each control point.
  • this system increases the number of filters, the use of several control points makes it possible to homogenize the acoustic insulation in the target zones. Better robustness with respect to the movements of the user's head is thus obtained. If the insulation level is more homogeneous in the area, it decreases with the number of control points, all the more so if the area covered by the control points is large.
  • the measurement or the simulation of the first and/or of the second propagation matrix can be carried out in at least two control points, the transfer functions between each bass loudspeaker or network of treble loudspeakers and each zone are obtained by calculating several filters for each control point located in the different zones.
  • the at least one filter matrix is selected from a set of filter matrices calculated for the different control points or set of control points, depending on the position of the user's head.
  • Figure 1 is a schematic representation of a system of the prior art configured to sound two distinct zones of a space by a network of loudspeakers,
  • Figure 2 is a schematic representation of a prior art system configured to add sound to two distinct areas of a space by generating destructive waves
  • FIG 3 is a schematic representation of the system of the invention according to a first embodiment
  • FIG 4 is a schematic representation of the system of the invention according to a second embodiment
  • FIG 5 is a flowchart representing the steps of the method of the invention according to one embodiment
  • FIG 6 is a schematic representation of the step of measuring and/or simulating a first propagation matrix between the different bass loudspeakers and the different zones of the method of Figure 5 according to a mode monophonic production
  • Figure 7 is a schematic representation of the obtaining of the first objective matrix according to the embodiment of Figure 6, as a function of the first propagation and filtering matrices
  • Figure 8 is a schematic representation of obtaining the first objective matrix for stereophonic sound reproduction, as a function of the first propagation and filtering matrices,
  • Figure 9 is a schematic representation of obtaining the first objective matrix for 3D sound reproduction, depending on the first propagation and filtering matrices,
  • Figure 10 is a schematic representation of the step of measuring and/or simulating a second propagation matrix between the different networks of tweeters and the different zones of the method of Figure 5 according to a monophonic embodiment
  • FIG 11 Figure 11 a schematic representation of the second objective matrix according to the embodiment of Figure 8, as a function of the second propagation and filtering matrices,
  • Figure 12 is a schematic representation of obtaining the second objective matrix for stereophonic sound reproduction, as a function of the second propagation matrix and the second filtering matrix,
  • Figure 13 is a schematic representation of obtaining the second objective matrix for 3D sound reproduction, as a function of the second propagation matrix and the second filtering matrix,
  • Figure 14 is a schematic representation of the first filter matrix according to the embodiment of Figure 7, and
  • Figure 15 is a schematic representation of the second filter matrix after optimization of the parameter ⁇ , according to the embodiment of Figure 7,
  • Figure 16 is a schematic representation of the merging of filter matrices according to two distinct embodiments
  • Figure 17 is a comparative graph of the spatial distribution of sound intensity for a single source, a network with prior filtering on each source, a directional network and a loudspeaker network with prior filtering on each beam for a frequency of 100Hz;
  • Figure 18 is a comparative graph of the spatial distribution of loudness for a single source, an array with pre-filtering on each source, a directional array, and a speaker array with pre-filtering on each beam for a frequency of 1000Hz,
  • Figure 19 is a comparative graph of the spatial distribution of sound intensity for a single source, an array with pre-filtering on each source, a directional array and a loudspeaker array with pre-filtering on each beam for a frequency of 2000Hz,
  • Figure 20 is a comparative graph of acoustic attenuation between two users as a function of frequency for a loudspeaker network alone, a network with prior filtering on each source and a network with shared filtering, and
  • Figure 21 is a graph of the acoustic attenuation obtained as a function of frequency when pre-filtering is applied to each source of an array of 16 wideband loudspeakers per zone for a frequency below the cutoff frequency and when the invention is applied for frequencies above the cutoff frequency.
  • the system 100 of the invention can be integrated in or near a space 3000 that one wishes to sound.
  • Space 3000 may have variable dimensions and may or may not be delimited by physical boundaries.
  • the 3000 space can be the passenger compartment of a car, a cinema, a concert hall or even an open-air concert space.
  • zones Z31, Z32 for which it is desired to obtain a specific sound system.
  • the zone Z31 can for example be a zone in which it is desired to maximize the sound intensity, while in the zone Z32, it is sought to minimize the sound intensity.
  • space 3000 may include an area open-air concert hall and its close vicinity.
  • Zone Z31 may correspond to the interior of the open-air concert zone, this zone Z31 being intended to be sounded by the music of the concert.
  • Zone Z32 can, for its part, correspond to the exterior of the open-air concert zone. It is then sought to limit the sound intensity as much as possible in the zone Z32 so as not to disturb the neighborhood.
  • the zone Z31 can be a zone in which it is desired to generate a sound content of a first type, while in the zone Z32, it is desired to generate a sound content of a second type.
  • space 3000 can correspond to a cinema
  • zone Z31 can correspond to a first row of seats for which it is desired to broadcast a film in a first language
  • zone Z32 can correspond to a second row of seats for which the film is to be shown in a second language.
  • the space 3000 can comprise more than two zones, typically between 3 and 20 distinct zones.
  • Eespace 3000 can comprise “pairs of zones”, that is to say zones spaced between 15 and 25 cm to allow a user to position each of his ears in a distinct zone. The user can then receive different sound content in each ear, which makes it possible to recreate a stereophonic or 3D sound effect.
  • the system 100 comprises loudspeakers HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 arranged within the space 3000.
  • the loudspeakers HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 can be arranged near the areas to be sounded.
  • the HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 loudspeakers can be integrated into the user's seat or into the back of a seat facing him, in the case of a row of seats.
  • the HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 loudspeakers can also be moved away from the area to be sounded, typically over a distance of between 0.5m and 100m.
  • the HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 loudspeakers can for example be integrated into the walls and/or partitions of Espace 3000 or mounted on a sound bar.
  • woofer HPG21, HPG22 and a network R21, R22 three HPA21, HPA22 treble speakers.
  • the number of woofers HPG21, HPG22 can be between 2 and 10.
  • the number of treble loudspeakers HPA21, HPA22 can be between 2 and 30.
  • the networks R21, R22 of HPA21, HPA22 treble loudspeakers are formed by a set of HPA21, HPA22 treble loudspeakers aligned and separated by a distance less than half the maximum of the wavelengths generated by the loudspeakers of so as to obtain constructive interference and form a substantially cylindrical sound wave.
  • the arrays R21, R22 of treble loudspeakers HPA21, HPA22 are not necessarily physically separated. It is possible to form sub-networks and assign them a different function.
  • a network R21, R22 of treble loudspeakers HPA21, HPA22 can consist of 10 treble loudspeakers HPA21, HPA22.
  • R21, R22, 5 treble loudspeakers HPA21, HPA22 can be allocated to zone Z31, while the other 5 treble loudspeakers HPA21, HPA22 are allocated to zone Z32 Alternatively, the 10 loudspeakers tweeters HPA21, HPA22 can be assigned to both zone Z31 and zone Z32. Two directive sound waves are then generated, intended for each zone Z31, Z32. Time delays can be applied to each treble loudspeaker HPA21, HPA22 constituting the network R21, R22 to send the correct sound signal to the correct zone Z31, Z32.
  • a woofer HPG21, HPG22 typically emits in a frequency range comprised between 20 Hz and 2000 Hz and a treble loudspeaker HPA21, HPA22 typically emits in a frequency range comprised between 2000 Hz and 40 kHz.
  • the system 200 may include HPLB wideband loudspeakers, emitting, in space 4000, both in the low-frequency range and in the high-frequency range. frequencies, that is to say, typically over the entire bandwidth of the human ear, namely between 20 Hz and 20 kHz.
  • HPLB wideband loudspeakers can be part of an R31, R32 network or even operate independently.
  • the treble loudspeakers HPA11, HPA12 and the bass loudspeakers HPG21, HPG22 are not perfectly directional and can emit sound waves in the direction of the other zones Z31, Z32 than those they are in charge of providing sound.
  • the first bass speaker HPG21 emits both a sound wave Os32 in the direction of its zone Z31 and a sound wave Os36 in the direction of the second zone Z32 and likewise, the second bass loudspeaker HPG22 emits at both a sound wave Os33 towards its zone Z32 and a sound wave Os37 towards the other zone Z31.
  • the treble loudspeaker networks R21, R22 are also not perfectly directional and also emit sound waves in the direction of the two zones Z31, Z32 at the same time.
  • the network of treble loudspeakers R21 emits both a sound wave Os31 in the direction of its zone Z31 and a sound wave Os35 in the direction of the second zone Z32.
  • the network of treble loudspeakers R22 emits both a sound wave Os34 in the direction of its zone Z32 and a sound wave Os38 in the direction of the zone Z31.
  • each woofer HPG21, HPG22 and each network R21, R22 of treble speakers HPA21, HPA22 is associated with a filter F31-F34 controlling the generation of destructive sound waves Od35- Od38 to cancel unwanted sound waves Os35-Os38.
  • each woofer HPG21, HPG22 is associated with a filter F32, F33, which supplies the woofers HPG21, HPG22 with the signals S32 and S33 respectively.
  • the filter F31, F34 is pooled for all of the HPA11, HPA12 treble loudspeakers.
  • the filters F31, F34 thus respectively supply a signal S31 and S34 to the arrays of loudspeakers HPA21, HPA22.
  • Loudspeakers HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 are powered by two electrical signals U7, U8.
  • the signals U7, U8 are filtered by a low-pass filter Pb with a cut-off frequency between 400 Hz and 4 kHz and by a high-pass filter Ph with a cut-off frequency between 400 Hz and 4 kHz in order to distinguish high frequencies from low frequencies.
  • the low-frequency signals U52, U62 are transmitted to the filters F32, F33 of the woofers HPG21, HPG22 and the high-frequency signals U51, U61 are transmitted to the filters F31, F34 of the networks R21, R22 of acute loudspeakers HPA21, HPA22.
  • the sound contents obtained in the first target zone Z31 mainly correspond to those expected by the signal U7 by the association: low-frequency sound waves Os32 formed by the first bass loudspeaker HPG21 whose signal S32 is configured to also generate destructive interference Od37 to limit the sound waves Os37 formed by the second woofer HPG22; and high-frequency sound waves Os31 formed by the treble loudspeakers HPA21 having a directivity obtained by the network R21 and generating destructive interference Od38 to limit the sound waves Os38 formed by the second network R22 of treble loudspeakers HPA22.
  • the sound contents obtained in the second target zone Z32 mainly correspond to those expected by the signal U8. As illustrated in FIG.
  • the system can comprise at least one wideband loudspeaker HPLB1 in charge of adding sound to zone Z41 and at least one wideband loudspeaker HPLB2, to add sound to zone Z42.
  • the system can comprise at least one network of treble loudspeakers R21, R22 to add sound to the zones Z41 and Z42 respectively.
  • the HPLB1 wideband loudspeakers are also not perfectly directional and can emit sound waves in the direction of zones Z41, Z42 other than those which they are responsible for providing sound.
  • the broadband loudspeaker HPLB1 emits both a sound wave Os42 in the direction of its zone Z41 and a sound wave Os46 in the direction of the second zone Z42.
  • each broadband loudspeaker HPLB1, HPLB2 and each network R21, R22 of treble loudspeakers HPA21, HPA22 is associated with at least one filter F41-F44 controlling the generation of destructive sound waves Od45-Od48 to cancel unwanted sound waves Os35-Os38.
  • the broadband loudspeaker HPLB1 may be associated with two filters F41 and F42 controlling the generation of destructive sound waves Od47 to cancel the undesirable sound waves Os45-Os48.
  • the first filter F41 is supplied by the high-frequency part U71 of the electrical signal U9 and produces a signal S41 at destination of the HPLB1 broadband loudspeaker and the R31 network.
  • the second filter F42 is fed by the low-frequency part U72 of the electric signal U9 and produces a signal S42 destined for the broadband loudspeaker HPLB1.
  • the broadband loudspeaker HPLB2 can be associated with two filters F43 and F44 controlling the generation of destructive sound waves Od46 to cancel the undesirable sound waves Os45-Os48.
  • the first filter F44 is powered by the high-frequency part U81 of the electrical signal U10 and produces a signal S44 intended for the broadband loudspeaker HPLB2 and the network R32 and the second filter F43 is powered by the low-frequency part U82 of the electrical signal U10 and produces a signal S43 intended for the broadband loudspeaker HPLB2.
  • the broadband loudspeaker HPLB2 can be associated with two filters F43 and F44 controlling the generation of destructive sound waves Od46 to cancel the undesirable sound waves Os45-Os48.
  • the first filter F44 is powered by the high-frequency part U81 of the electrical signal U10 and produces a signal S44 intended for the broadband loudspeaker
  • the wideband loudspeaker HPLB1 is used to add sound to the zone Z41 at low frequencies and to cancel the undesirable sound waves Os47 coming from the wideband loudspeaker HPLB2.
  • the broadband loudspeaker HPLB1 can be used to add sound to the zone Z41 at high frequencies, for example by forming an integral part of the network R31, and/or to cancel the undesirable sound waves Os48 coming from the loudspeaker network.
  • acute HPA32 the broadband loudspeaker HPLB1 can play both roles at the same time or a combination of these roles.
  • the wideband loudspeaker HPLB2 is used to add sound to the zone Z42 at low frequencies and to cancel the undesirable sound waves Os47 coming from the wideband loudspeaker HPLB1.
  • This broadband loudspeaker HPLB2 is connected to a second filter F43 powered by the low-frequency part U82 of the electrical signal U10.
  • the network of treble loudspeakers R31 emits both a sound wave Os41 in the direction of its zone Z41 and a sound wave Os45 in the direction of the second zone Z42.
  • the treble loudspeaker network R32 emits both a sound wave Os44 in the direction of its zone Z42 and a sound wave Os48 in the direction of the zone Z41.
  • a filter matrix C1, C2, C can be measured or simulated.
  • This method for determining at least one filter matrix C1, C2, C is associated with at least one bass speaker HPG21, HPG22, and the at least one network of treble loudspeakers HPA21, HPA22, HPA31, HPA32 of the system 100.
  • the first step of the method consists in measuring and/or simulating 101 a first propagation matrix H1 between the various HPG41-HPG48 woofers and the various zones Z41, Z42. To do this, the frequency response is measured or simulated between control points PC1, PC2 and each bass speaker HPG21, HPG22. As illustrated in FIG.
  • the measurement can be obtained by positioning a microphone in each zone Z51, Z52.
  • the coordinates of the microphone positions correspond to the control points PC1, PC2.
  • the woofers HPG21, HPG22 are controlled to broadcast sound waves whose frequency varies over all or part of the frequency range as the woofer HPG21, HPG22 can produce.
  • the HPG21, HPG22 woofers can be controlled to broadcast a sinusoidal signal sliding over a frequency range between 20Hz and 40000Hz.
  • a model reproducing the characteristics of the loudspeakers can be used.
  • the pressure generated by the loudspeaker is likened to the pressure radiated by an acoustic monopole or a piston.
  • the pressure radiated by the loudspeaker can also be calculated using a numerical model based on the Finite Element Method or on the Boundary Element Method.
  • Each transfer function H1 M,N between each control point PC1, PC2 and each woofer HPG21, HPG22 is indexed such that M is the number of the control point and N, the number of the loudspeaker.
  • the propagation matrix H1 illustrated in FIG. 7 is thus obtained.
  • This propagation matrix H1 has 2 rows and 8 columns because two control points PC1, PC2 are present in space and 8 bass speakers HPG41-HPG48 are considered.
  • the second step of the method consists in measuring and/or simulating 103 a second propagation matrix H2 between the different arrays of treble loudspeakers HPA41-HPG48 and the different zones Z51, Z52 .
  • a method similar to that shown in Figure 6 can be used.
  • the arrays R41, R42 of HPA41-HPA48 treble loudspeakers are then controlled to broadcast sound waves whose frequency varies over all or part of the frequency range that the HPA41-HPA48 treble loudspeakers can produce.
  • networks R41, R42 of HPA41-HPA48 treble loudspeakers can be controlled to broadcast a sliding sinusoidal signal over the entire range of audible frequencies, that is to say between 20Hz and 40kHz.
  • Each transfer function H2M,N between each control point PC1, PC2 and each network R41, R42 of HPA41-HPA48 treble loudspeakers is indexed such that M is the number of the control point and N, the number of the network R41, R42.
  • This propagation matrix H2 has 2 rows and 2 columns because two control points PC1, PC2 are present in space and 2 networks R41, R42 of treble speakers HPA41-HPA48 each emitting a sound beam towards the two control points PC1 and PC2 are considered.
  • the two steps 101, 103 are independent and carried out one after the other.
  • Steps 102 and 104 consist in determining a first and a second objective matrix M1, M2 from the first and second propagation matrices H1, H2 by canceling the transfer functions in the zones intended to receive the destructive sound waves.
  • step 102 it is sought to cancel the transfer functions H1 1,N between the woofers HPG41-HPG44 and the zone Z52 as well as the transfer functions H1 2,N between the loudspeakers HPG45-HPG48 woofers and the Z51 zone.
  • the matrix M1 obtained is as illustrated in FIG. 7.
  • the matrix M1 obtained is the product of the matrix H1 and the filtering matrix C1, this last with 8 rows and 2 columns.
  • the matrix M1 obtained therefore has 2 rows and 2 columns and only the coefficients M1 1.1 and M1 2.2 are kept.
  • the propagation matrix H1 is established between 8 loudspeakers HPG41-HPG48 and 4 control points PC1-PC4.
  • Matrix H1 therefore has 4 rows and 8 columns, while filtering matrix C1 has 8 rows and 4 columns.
  • To obtain the matrix M1 it is necessary to converse 2 answers per line and per column.
  • the propagation matrix H1 is established between 8 loudspeakers HPG41-HPG48 and 4 points of PC1-PC4 control.
  • Matrix H1 therefore has 4 rows and 8 columns, while filtering matrix C1 has 8 rows and 4 columns.
  • step 104 it is sought to cancel the transfer functions H2 1,N between the networks of tweeters HPA41 -HPA44 and the Z52 zone as well as the H2 2.N transfer functions between the HPA45-HPA48 treble loudspeaker networks and the Z51 zone.
  • the matrix M2 obtained is illustrated in FIG. 11.
  • the matrix M2 is the product of two square matrices H2, C2, it is therefore also square.
  • the matrix M2 is the product of two square matrices H2, C2, it is therefore also square.
  • the matrix M2 is a diagonal matrix, as illustrated in figure 13.
  • the matrix M2 is the product of two square matrices H2, C2, it is therefore also square.
  • the filtering matrices C1, C2 are calculated so as to minimize the error between the matrix obtained after filtering and the objective matrix M1, M2. Furthermore, in the example of FIG. 7, the matrix H1 is not square. Only a pseudo-inversion of the matrix H1 can then be performed and the introduction of an error parameter ⁇ is necessary. By seeking to minimize the value of the parameter ⁇ , it is then possible to converge towards inversion solutions.
  • the value of the parameter ⁇ can be constant or even depend on the frequency. However, these solutions can have the effect of modifying the frequency response of the resulting sound waves, thus resulting in a sound coloration with respect to the desired sound in the objective matrices M1 and M2.
  • FIG. 14 illustrates the filtering matrix C1 obtained for the example of FIG. 9. This matrix has 8 rows and 2 columns. Moreover, at low frequencies, typically between 10Hz and 500Hz, for each C1 N,M filter, a high gain of up to 8 dB is observed.
  • FIG. 15 illustrates the effect on the gain of the introduction of the parameter ⁇ . This parameter introduces errors with respect to the objective matrix M1, M2, but limits the effort. The value of ⁇ is optimized for each frequency. Thus, in FIG.
  • the solid line curve illustrates the filtering matrix C1 after regularization. It is thus observed that the gain of the filters, in particular at low frequencies, is lower, that is to say close to 0dB.
  • the method used to calculate the filtering matrix C2 is identical to the method described previously.
  • a network R51 of 13 loudspeakers comprising 9 treble loudspeakers HPA51 and 4 broadband loudspeakers HPLB can be used.
  • the network R51 can comprise only HPLB broadband loudspeakers.
  • the R51 network shown in Figure 16 is controlled by several filters configured to pass to the HPLB full-range loudspeakers the bass part of the sound and to transmit to the HPA51 treble speakers, the treble part of the sound.
  • the treble loudspeakers HPA51 and the broadband loudspeakers HPLB are grouped into sub-networks in order to calculate corresponding filter matrices. Otherwise formulated, for the sub-network of treble loudspeakers HPA51, a first filtering matrix is calculated and for the sub-network of broadband loudspeakers HPLB1, a second filtering matrix is calculated. To merge these filter matrices, there are two possibilities.
  • the first Mode 1 solution consists of using thresholding.
  • thresholding can be performed on the cutoff frequency.
  • the value of the thresholding frequency can be identical to the cutoff frequency chosen for the low-pass and/or high-pass filters making it possible to distinguish the high frequencies from the low frequencies.
  • the frequency commanded to the network R51 is lower than the thresholding frequency then it is the coefficient of the first filtering matrix which is chosen.
  • the frequency commanded from the network R51 is greater than the thresholding frequency then it is the coefficient of the second filtering matrix which is chosen.
  • the second Mode 2 solution consists of multiplying the two filter matrices by adding a low-pass filter LPF to the first filter matrix and a high-pass filter HPF to the second filter matrix.
  • the filter matrices C, C1, C2 of the filters can be determined during the installation of the system.
  • one or more matrices can be recalculated over time or several sets of filtering matrices C, C1, C2 can be predetermined and used as needed.
  • An exemplary embodiment is described in document US 6243476. From the position of the head, it is possible to calculate or use a specific filtering matrix C, C1, C2.
  • the invention makes it possible to generate sound waves for at least two distinct zones of the same space with satisfactory sound quality and robustness. movement, while limiting the bulk of the system, that is to say the number of loudspeakers and the complexity of the control electronics.
  • two zones Z61 and Z62 of a space 5000 are defined.
  • two control points PC1-PC4 are positioned.
  • a single source SS, a network of loudspeakers AR, a network of loudspeakers with individual filtering of each loudspeaker AR+F and the system of the invention AR+I are then controlled to broadcast a sound wave to a frequency of 100 Hz, as illustrated in FIG. 17.
  • the zones Z61, Z62 receive a substantially homogeneous sound intensity comprised between ⁇ 5 and 5 dB.
  • the directivity is very low and the zones Z61, Z62 are not differentiated.
  • the zones Z61, Z62 receive a sound intensity similar to the single source SS, comprised between ⁇ 5 and 5 dB.
  • the directivity is still very low and the zones Z61, Z62 are not differentiated.
  • the Z61 zone has a sound level close to - 30dB, while the Z62 zone has a sound level between 0 and 5dB. There is therefore differentiation of the sound level between the zones Z61, Z62.
  • zone Z61 also has a sound level between -20dB and -30dB, while zone Z62 has a sound level between 0 and 5dB. There is therefore also differentiation of the sound level between the zones Z61, Z62.
  • the results between the AR+I invention and a network of loudspeakers with individual filtering of each AR+F loudspeaker are comparable.
  • Figure 18 illustrates the same elements controlled to broadcast a sound wave at a frequency of 1000Hz. It is observed that, in the case of a single source SS, the zones Z61, Z62 receive a substantially homogeneous sound intensity of between ⁇ 5 and 5 dB. The directivity is very low and the zones Z61, Z62 are not differentiated. In the case of an AR loudspeaker network, it is observed that zone Z61 has a sound level between -10dB and -20dB, while zone Z62 has a sound level between 0 and 5dB. There is therefore differentiation of the sound level between the zones Z61, Z62.
  • zone Z61 presents a sound level between -30dB and -15dB
  • zone Z62 presents a sound level between -5 and 5dB.
  • the zones Z61 and Z62 include intensity lines. In other words, the sound intensity can vary suddenly, typically from -5dB to 5dB within a zone Z62 when passing from one line to another.
  • zone Z61 has a sound level close to -30dB
  • zone Z62 has a sound level of between 0 and 5dB. There is therefore a clear differentiation of the sound level between the zones Z61, Z62.
  • the sound intensity is substantially homogeneous over the entire surface of the zone Z61, Z62, which makes it possible to obtain good robustness with respect to the movements of the user within the zones Z61, Z62 with respect to the points of PC1-PC4 control.
  • the same elements are controlled to broadcast a sound wave at a frequency of 5000 Hz.
  • substantially homogeneous sound intensity between -5 and 0dB.
  • the directivity is very low and the zones Z61, Z62 are not differentiated.
  • zone Z61 has a homogeneous sound level of -30dB
  • zone Z62 has a sound level of between 0 and 5dB.
  • zone Z61 presents a sound level between -30dB and -20dB
  • zone Z62 presents a sound level between - 30 and 5dB.
  • the zones Z61 and Z62 also include intensity lines.
  • the sound intensity can vary suddenly within zones Z61 and Z62 during the transition from one line to another.
  • zone Z62 For example, within the zone Z62, if the users move within the zones Z61, Z62 with respect to the control points PC1-PC4, the sound intensity they receive can suddenly change from 0dB to -30dB.
  • this system allows very good sound insulation since the control points PC1-PC4 are each positioned on a different line, but this system is not sufficiently robust if the users move within the zones Z61, Z62 with respect to at checkpoints PC1-PC4.
  • AR+I it is observed that it is observed that zone Z61 has a homogeneous sound level of ⁇ 30 dB, while zone Z62 has a sound level of between 0 and 5 dB. There is therefore a clear differentiation of the sound level between the zones Z61, Z62.
  • the sound intensity is substantially homogeneous over the entire surface of each zone Z61, Z62, which makes it possible to obtain better robustness with respect to the movements of the user.
  • the invention makes it possible to obtain good insulation in the zones, while maintaining sufficient sound intensity.
  • the curve 170 represents the level of acoustic insulation simulated between two control points PC1 and PC2 located in a first zone, and the control points PC3 and PC4 located in a second zone for a network of high -speaker only AR.
  • the NIA sound insulation level can be calculated from the difference in sound energy between the two zones, such as: [Math7]
  • the NIA acoustic insulation is almost zero at low frequency because the network is not directional.
  • NIA sound insulation is greater between 1 kHz and 9 kHz with a maximum level of 60 dB at 6 kHz.
  • the NIA isolation level drops after 9 kHz, due to the presence of sidelobes in the network directivity. These secondary lobes are directed towards the zone Z61, Z62 where it is desired to limit the sound intensity as much as possible, which tends to reduce the insulation of the zone Z61, Z62.
  • Curve 150 represents the evolution of NIA sound insulation as a function of frequency for an individually treated loudspeaker network.
  • NIA sound insulation is constant at around 30 dB between 0 and 100 Hz, then a plateau in intensity is observed between 1000 Hz and 20 kHz. For this stage, the sound intensity is between 80 and 110 dB at the position for which the filters have been optimized. With individual processing on each loudspeaker, it is therefore possible to achieve significant acoustic insulation, but with little robustness against head movements at high frequencies.
  • the curve 160 represents the evolution of the acoustic insulation NIA as a function of the frequency for a system according to the invention.
  • NIA sound insulation is substantially constant between 20 and 30 dB for frequencies between 0 and 100 Hz.
  • a peak in intensity is located between 1 kHz and 10 kHz.
  • the sound insulation reaches the theoretical maximum of 120 dB.
  • the level of insulation drops at high frequency, that is to say around 8000 Hz, mainly because of the appearance of the secondary lobes oriented towards the zone in which one wishes to minimize the sound intensity.
  • the solution of the invention therefore allows more flexibility and robustness while making it possible to combine good sound intensity and good insulation.
  • the system of the invention AR+I is used because it produces better results in terms of robustness against head movements for high frequencies.
  • the cutoff frequency Fc is between 1000 and 10000 Hz, and is for example equal to 3000 Hz.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un système de génération d'ondes sonores pour au moins deux zones (Z31, Z32) distinctes d'un même espace (3000). Le système comporte pour chaque zone (Z31, Z32) dudit espace (3000) : au moins un réseau (R21, R22) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22) formant une onde sonore directive; et au moins un haut-parleur de grave (HPG21, HPG22). Le système comporte également des moyens de traitement audio des signaux transmis aux haut-parleurs (HPG21, HPG22, HPA21, HPA22) commandant au moins un haut-parleur (HPG21, HPG22, HPA21, HPA22) pour générer des ondes sonores destructives (Od35-Od38) dans au moins une zone (Z31, Z32) dudit espace (3000) et obtenir des contenus sonores distincts dans lesdites au moins deux zones (Z31, Z32) distinctes dudit espace (3000). Pour ce faire, les moyens de traitement audio commandent individuellement chaque haut-parleur de grave (HPG21, HPG22) et mutuellement chaque réseau (R21, R22) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22) pour générer les ondes sonores destructives (Od35-Od38).

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTEME DE GENERATION D’ONDES SONORES POUR AU MOINS DEUX ZONES DISTINCTES D’UN MEME ESPACE ET PROCEDE ASSOCIE
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention se rapporte au domaine des systèmes de génération d’ondes sonores permettant de sonoriser une pluralité de zones distinctes d’un même espace. L’invention vise également un procédé de détermination des filtres associés.
L’invention peut être appliquée à un grand nombre de domaines techniques pour lesquels il est recherché de sonoriser plusieurs zones distinctes d’un même espace, comme une salle de cinéma diffusant un film en plusieurs langues simultanément, un véhicule dans lequel plusieurs passagers écoutent des contenus sonores différents, une zone de concert en plein air autour de laquelle les riverains sont protégés des nuisances sonores...
TECHNIQUES ANTERIEURES
La création de zones recevant des contenus sonores différents au sein d’un même espace est une problématique qui suscite beaucoup d’intérêt ces dernières aimées. Au sens de l’invention, un « espace » peut correspondre à un espace délimité par des frontières réelles ou virtuelles, tels qu’un habitacle de voiture ou un quartier d’une ville. De la même manière, une « zone » est généralement délimitée par des frontières virtuelles, comme par exemple une bulle sonore autour d’un bâtiment ou autour de la tête d’un auditeur.
De manière générale, pour contrôler la propagation sonore au sein des différentes zones de l’espace, il est connu de placer des barrières acoustiques physiques entre les différentes zones et/ou d’installer des haut-parleurs au plus proche de chaque zone et tout en limitant la propagation des ondes sonores qu’ils génèrent.
Lorsque ces deux méthodes ne peuvent être implémentées, par exemple car les différentes zones sont trop proches et/ou que la puissance sonore attendue dans une zone est trop importante, il est possible d’utiliser des moyens de traitement sonores permettant de contrôler la propagation des ondes sonores à une zone cible, tout en limitant la pollution sonore induite sur les autres zones sonorisées différemment. Pour ce faire, tel qu’illustré sur la figure 1, une solution consiste à former au moins un faisceau sonore directif Os1, Os2 au moyen d’un alignement de haut-parleurs HP1 disposés dans un espace 1000 donné. Ces derniers sont orientés, physiquement ou par l’ajout de délais temporels, en direction d’une zone cible à sonoriser Z1, Z2. Afin de créer un réseau de haut-parleurs directifs, les haut-parleurs HP1 constitutifs du réseau R1 sont espacés d’une distance inférieure à la moitié du maximum des longueurs d’ondes générées par les haut-parleurs HP1 de sorte à obtenir des interférences constructives et à former une onde sonore sensiblement cylindrique. La formation d’un faisceau sonore directif, également appelée « beamforming » dans la littérature anglo-saxonne, peut être obtenu à partir d’un réseau de haut- parleurs alignés, aussi connue sous le nom de « line-array » dans la littérature anglo- saxonne.
Lorsque plusieurs signaux U1, U2 sont transmises à un même réseau R1, il est possible diriger, dans l’espace, chaque contenu sonore au sein de faisceaux distincts Os1, Os2, en adaptant les délais temporels à l’entrée de chaque haut-parleur constitutif du réseau. Cette technique est appelée « beam steering » dans la littérature anglo-saxonne. Cependant, pour obtenir une qualité sonore satisfaisante en basse-fréquences, les haut-parleurs de grave sont généralement volumineux, ce qui complexifie leur intégration sous forme de réseaux. En outre, la distance entre les haut-parleurs d’un réseau doit être adaptée en fonction de la gamme de fréquences générée par ces haut-parleurs. Plus clairement, pour former un réseau de haut-parleurs directifs, la distance entre des haut-parleurs aigu est plus faible que la distance entre des haut-parleurs de grave. Ainsi, l’installation d’un réseau de haut- parleurs de grave dans l’habitacle d’une voiture se révèle quasiment impossible. Une autre solution consiste à contrôler la sonorisation de plusieurs zones d’un même espace en filtrant les signaux transmis aux haut-parleurs pour générer des interférences destructives. Ces interférences destructives limitent la propagation des ondes sonores en dehors des zones cibles. Cette méthode est connue sous le terme « Crosstalk cancellation » dans la littérature anglo-saxonne, signifiant « annulation des diaphonies ».
Pour ce faire, tel qu’illustré sur la figure 2 de l’art antérieur, un haut-parleur HP3, HP4 peut être associé à chaque zone de sonorisation Z3, Z4 de l’espace 2000. Un premier haut-parleur HP3 est en charge de sonoriser la première zone cible Z3 tandis qu’un second haut-parleur HP4 est en charge de sonoriser la seconde zone cible Z4.
Cependant, sans aucun traitement préalable, les haut-parleurs HP3 et HP4 émettent des ondes sonores en direction des l’ensemble des zones Z3, Z4.
Ainsi, le premier haut-parleur HP3 émet une onde acoustique à la fois perçue au niveau de la zone Z3, et dont la fonction de transfert est notée Os5 et à la fois au niveau de la zone Z4, dont la fonction de transfert est notée Os6. De même, le second haut-parleur HP4 émet une onde acoustique au niveau de la zone Z3 dont la fonction de transfert est notée Os3 et à la fois au niveau de la zone Z4 dont la fonction de transfert est notée Os4.
La matrice de propagation du son qui relie la pression acoustique induite par les différentes ondes dans les zones Z3 et Z4 et les signaux U3 et U4 envoyés à chaque haut-parleur HP3, HP4 peut alors s’écrire sous la forme :
[Mathl]
Pour limiter la pollution sonore induite sur les autres zones Z3, Z4 sonorisées différemment, chaque haut-parleur HP3, HP4 est associé à un filtrage F1, F2 commandant la génération d’ondes sonores « destructives » pour annuler les ondes sonores indésirables Os6, Os3. Au sens de l’invention, chaque haut-parleur HP3, HP4 forme classiquement une onde sonore pouvant être virtuellement subdivisée en une onde sonore attendue dans une zone Z3, Z4 et éventuellement des ondes sonores indésirables Os6, Os3 et/ou destructives. Une onde sonore « indésirables » Os6, Os3 correspond à une onde sonore que l’on ne souhaite pas voir parvenir jusqu’aux zones Z3, Z4. Une onde sonore « destructive » correspond à une onde sonore configurée pour générer des interférences destructives au niveau d’une zone cible de sorte que les ondes sonores indésirables Os6, Os3 et les ondes sonores destructives s’annulent, au moins en majeure partie.
Pour ce faire, les filtres F1, F2 reçoivent en entrée les deux signaux U3, U4 représentant les contenus sonores attendus respectivement dans les deux zones Z3, Z4. En fonction de l’évolution de ces signaux U3, U4 au cours du temps, chaque filtre Fl, F2 détermine le signal S1, S2 à transmettre à son haut-parleur HP3, HP4, de sorte que ce haut-parleur HP3, HP4 génère des ondes sonores permettant de sonoriser sa zone cible Z3, Z4 ainsi que des ondes sonores destructives permettant de limiter, au moins en partie, les ondes sonores Os6, Os3 générées par l’autre haut- parleur HP3, HP4 et qui sont diffusée en direction de la mauvaise zone Z3, Z4.
Plus précisément, les filtres F1, F2 sont formés de différentes composantes, chaque composante étant destinée à filtrer le signal d’entrée U3, U4 correspondant.
A titre d’exemple, les filtres F1, F2 peuvent s’écrire sous forme de matrices lignes, tel qu’illustré ci-dessous :
[Math2]
F1 = (F11 F12) et F2 = (F21 F22)
Ainsi, les signaux S1 et S2 en entrée des haut-parleurs HP3, HP4, reçoivent les signaux U3, U4. Les signaux S1 et S2 peuvent alors s’écrire sous la forme suivante : [Math3]
Les signaux sonores perçus dans les zones Z3 et Z4 sont exprimés à partir de la matrice de propagation et du signal en entrée du système tel que : [Math4] Afin d’isoler les zones Z3 et Z4 entre elles, le haut-parleur HP3 peut être configuré pour que le contenu audio F22.U4 dans la zone Z3, correspondant à la fonction de transfert Os3, interfère de façon destructive avec le contenu audio F12.U4 propagé par le haut-parleur HP3 dans la zone Z3. De même, le contenu audio F11.U3 émis par le haut-parleur HP3 dans la zone Z4, correspondant à la fonction de transfert Os6, interfère de façon destructive avec le contenu audio F21.U3 émis par le haut- parleur HP4 dans la zone Z4, correspondant à la fonction de transfert Os4. Après filtrage la matrice suivante est obtenue :
[Math5]
Une solution peut être obtenue à partir de l’inversion de matrice suivante :
[Math6]
Il s’ensuit que les ondes sonores perçues dans la première zone cible Z3 correspondent majoritairement à celles du signal U3 et que les ondes sonores perçues dans la seconde zone cible Z4 correspondent majoritairement à celles du signal U4. Cette solution est particulièrement complexe à mettre en place, notamment lorsqu’il est recherché d’atteindre des haute-fréquences. En effet, du fait du phénomène de recouvrement spatial, particulièrement présents à haute-fréquences, il convient d’utiliser un plus grand nombre de haut-parleurs pour générer les haute-fréquences avec une qualité sonore satisfaisante. Or, puisque chaque haut-parleur est relié à un filtrage dont le nombre de filtres dépend du nombre de haut-parleurs, plus le nombre de haut-parleurs augmente, plus le nombre de composantes des filtres est également conséquent. Ainsi, cette solution requiert une électronique complexe et encombrante, et ce d’autant plus lorsque le nombre de haut-parleurs et de composantes des filtres augmente et/ou lorsque que les haut-parleurs commandés par les filtres utilisent des fréquences importantes, typiquement supérieure à 1 kHz.
Le problème technique que se propose de résoudre l’invention est donc de pouvoir générer des ondes sonores pour au moins deux zones distinctes d’un même espace avec une qualité sonore satisfaisante et une robustesse aux déplacements, tout en limitant l’encombrement du système, c’est-à-dire le nombre de haut-parleurs et la complexité de l’électronique de commande.
EXPOSE DE L’INVENTION
Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose, pour un espace donné, de générer les basse-fréquences en filtrant les signaux transmis aux haut-parleurs de grave pour générer des interférences destructives, et de générer les haute-fréquences grâce à au moins un réseau directif de haut-parleurs aigu pour lequel un filtre est mutualisé afin de filtrer les signaux transmis au réseau de haut-parleurs aigu pour générer des interférences destructives.
En effet, l’invention est issue d’une découverte selon laquelle un réseau peut être modélisé comme un unique haut-parleur directif. Il est donc possible d’associer un seul filtre pour l’ensemble d’un réseau directif sans pour autant perdre en directivité. Ainsi, l’utilisation d’un réseau directif associé à la génération d’ondes destructives permet de réduire le nombre de composantes des filtres et, par conséquent, la complexité de l’électronique de commande et la consommation énergétique du système.
Il s’ensuit que l’électronique de commande est globalement simplifiée et le système est donc plus facile à intégrer dans des espaces réduits où les contraintes d’installation sont fortes, comme par exemple l’habitacle d’une voiture.
En d’autres termes, l’invention porte sur un système de génération d’ondes sonores pour au moins deux zones distinctes d’un même espace ; ledit système comportant pour chaque zone dudit espace : - au moins un réseau de haut-parleurs aigu comportant au moins trois haut-parleurs aigus de sorte à former au moins une onde sonore directive ; et
- au moins un haut-parleur de grave.
Le système comporte également des moyens de traitement audio des signaux transmis aux haut-parleurs ; lesdits moyens de traitement audio commandant au moins un haut-parleur pour générer des ondes sonores destructives dans au moins une zone dudit espace et obtenir des contenus sonores distincts dans lesdites au moins deux zones distinctes dudit espace ; chaque contenu sonore de chaque zone résultant de la somme des ondes sonores propagées dans ladite zone.
L’invention se caractérise en ce que les moyens de traitement audio commandent individuellement chaque haut-parleur de grave et mutuellement chaque réseau de haut-parleurs aigu pour générer les ondes sonores destructives.
Dans un mode de réalisation privilégié, plusieurs zones dudit espace sont sonorisées par un même réseau de haut-parleurs aigu formant au moins deux ondes sonores directives.
Autrement formulé, l’ensemble des haut-parleurs aigu du réseau peut être utilisé pour sonoriser les au moins deux zones à la fois en formant au moins deux faisceaux directifs distincts. Afin de faire parvenir les bons signaux sonores aux bonnes zones, des délai temporels sont appliqués à chaque haut-parleur aigu constitutif du réseau. De manière surprenante, l’invention permet également d’obtenir une meilleure robustesse aux déplacements au sein des zones de l’espace.
En pratique, pour calculer les coefficients d’un filtre commandant un haut-parleur pour générer des interférences destructives dans une zone cible, il est nécessaire d’estimer au préalable l’ensemble des signaux générés dans cette zone. Pour ce faire, il convient d’estimer les fonctions de transfert entre les différents haut-parleurs et les différentes zones pour différentes fréquences. Cette estimation peut être réalisée en plaçant un microphone dans la zone cible ou en effectuant une simulation numérique à partir d’un ou plusieurs point(s) de contrôle de cette zone.
Au sens de l’invention, un point de contrôle est un point de référence situé dans une zone, pour lequel la fonction de transfert entre le haut-parleur et le point de contrôle ainsi que la pression acoustique en ce point sont connues. A l’issue de cete étape, les différentes fonctions de transfert peuvent être intégrées dans une matrice, appelée matrice de propagation.
Le filtre associé au haut-parleur destiné transmettre des ondes sonores dans la zone cible est alors calculé pour annuler les fonctions de transfert des ondes sonores non désirées dans la zone cible.
En utilisant cete méthode pour un grand nombre de haut-parleurs, le calcul de l’aimulation des fonctions de transfert devient spatialement très localisé, et ce notamment pour les haute-fréquences. Formulé autrement, dans les zones cible, les interférences constructives et destructives des ondes acoustiques sont très localisées autour des points de contrôle.
Il est alors constaté que cete méthode n’est efficace que lorsque l’auditeur est précisément placé au niveau du point de contrôle de la zone cible.
Cete méthode de calcul des filtres induit une restitution optimale au niveau de l’au moins un point de contrôle d’une zone cible et des variations importantes du niveau d’isolation acoustique pour de faibles variations de position spatiales par rapport à ce point central. Typiquement, un auditeur qui bougerait sa tête de quelques centimètres par rapport au point de contrôle d’une zone percevrait d’importantes variations du niveau sonore des signaux indésirés issus des programmes des autres auditeurs. Cet inconvénient peut rendre l’écoute difficile et inconfortable pour l’auditeur.
L’invention permet de répondre à ce problème car elle permet que la restitution sonore soit optimale sur une zone plus élargie que dans l’art antérieur. Ainsi, l’invention permet d’obtenir une restitution plus homogène dans la zone cible. Autrement dit, un auditeur qui bougerait sa tête de quelques centimètres par rapport au point de contrôle d’une zone ne verrait pas varier la qualité du son qu’il perçoit. Son expérience d’écoute est donc globalement améliorée.
Dans un mode de réalisation préférentiel, l’espace comportant au moins quatre zones, le système comprend au moins quatre ondes sonores directives et au moins quatre haut-parleurs de grave ; lesdits moyens de traitement audio commandant : - chaque haut-parleur de grave associé à une zone cible pour générer des ondes sonores destructives destinées à limiter les ondes sonores générées, dans la zone cible, par les haut-parleurs de grave associés à d’autre zones ; et
- chaque réseau de haut-parleur aigu associé à une zone cible pour générer des ondes sonores destructives destinées à limiter les ondes sonores générées, dans la zone cible, par les réseaux de haut-parleurs aigu associés à d’autre zones.
Bien-entendu, les réseaux de haut-parleurs aigus peuvent être utilisés pour générer une première onde sonore à destination d’une première zone et une seconde onde sonore à destination d’une seconde zone.
Ce mode de réalisation permet de reproduire un effet de répartition dans l'espace des sources sonores.
Au sens de l’invention, les zones peuvent être définies dans un espace sensiblement en deux dimensions (2D). Ce mode de réalisation permet alors d’obtenir une restitution sonore stéréophonique pour les auditeurs, c’est-à-dire qu’ils peuvent localiser dans l’espace 2D les sons qu’ils perçoivent. Pour ce faire, des contenus audios distincts pour chaque oreille sont envoyés par les haut-parleurs, ce qui contribue à améliorer l’expérience immersive de l’auditeur.
Au sens de l’invention, les zones peuvent également être définies dans un espace sensiblement en trois dimensions (3D). Ce mode de réalisation permet alors d’obtenir une restitution sonore 3D pour les auditeurs, c’est-à-dire qu’ils peuvent localiser dans l’espace 3D les sons qu’ils perçoivent.
Pour ce faire, des contenus audios distincts pour chaque oreille sont envoyés par les haut-parleurs afin d’obtenir une reproduction sonore binaurale. Une telle restitution sonore est celle qui se rapproche le plus de la réalité, elle permet à l’auditeur de se sentir complètement immergé dans l’espace.
Afin de répartir les signaux entre les haut-parleurs de grave et les réseaux directifs de haut-parleurs aigus, les moyens de traitement audio comportent préférentiellement au moins un filtre passe-bas et au moins un filtre passe-haut permettant de scinder le signal transmis aux haut-parleurs en au moins un signal haute-fréquences transmis aux réseaux de haut-parleurs aigu et au moins un signal basse-fréquence transmis aux haut-parleurs de grave. Dans un cas particulier de réalisation, le système peut comporter des haut-parleurs large bande, capables de reproduire à la fois les sons en haute-fréquences des haut- parleurs aigu et les sons en basse-fréquence des haut-parleurs de grave.
Il est alors possible d’envoyer simultanément au haut-parleur large bande un signal lui indiquant de se comporter comme un haut-parleurs aigu constitutif d’un réseau directif et un signal lui indiquant de se comporter comme un haut-parleur de grave, sans créer d’interférences entre les deux signaux.
Autrement formulé, le système comprend au moins un haut-parleur large bande constituant à la fois un haut-parleur de grave et un haut-parleur aigu d’un réseau, ledit haut-parleur large bande recevant au moins un signal haute-fréquences et au moins un signal basse-fréquences.
Incorporer des haut-parleurs large bande permet ainsi de limiter le nombre total de haut-parleurs du système, ce qui facilite l’installation dans des espaces contraignants.
En pratique, le système comporte, pour chaque zone dudit espace, entre 2 et 6 haut- parleurs de grave et un réseau comportant entre 10 et 20 haut-parleurs aigu.
Dans un mode de réalisation avantageux, le système comporte en outre des moyens de détection de la position de la tête de l’utilisateur, les moyens de traitement audio commandant l’au moins un haut-parleur de grave et l’au moins un réseau de haut- parleurs aigu pour générer les ondes sonores destructives en fonction de la position de la tête de l’utilisateur.
Ce suivi de la tête de l’utilisateur, également appelée « Head-tracking » dans la littérature anglo-saxonne permet, en temps réel, d’appliquer un filtre, préalablement calculé, qui engendrera la meilleure restitution sonore pour l’utilisateur, en fonction de la position de sa tête. Le suivit de la tête de l’utilisateur permet donc d’augmenter encore plus la robustesse du système.
Selon un autre aspect, l’invention porte sur un procédé de détermination d’au moins une matrice de filtrage associée à au moins un haut-parleur de grave et au moins un réseau de haut-parleurs aigu du système tel que décrit précédemment. Le procédé comporte les étapes suivantes : - mesure et/ou simulation d’une première matrice de propagation entre les différents haut-parleurs de grave et les différentes zones;
- mesure et/ou simulation d’une seconde matrice de propagation entre les réseaux de haut-parleurs aigu et les différentes zones, chaque matrice de propagation incluant les fonctions de transfert entre chaque haut-parleur de grave ou réseau de haut- parleurs aigu et chaque zone ;
- détermination d’une première matrice objectif à partir de la première matrice de propagation en annulant les fonctions de transfert dans les zones destinées à recevoir les ondes sonores destructives ;
- détermination d’une seconde matrice objectif à partir de la seconde matrice de propagation en annulant les fonctions de transfert dans les zones destinées à recevoir les ondes sonores destructives ;
- calcul d’une première matrice de filtrage correspondant au produit de la matrice inverse de la première matrice de propagation et de la première matrice objectif, et
- calcul d’une seconde matrice de filtrage correspondant au produit de la matrice inverse de la seconde matrice de propagation et de la seconde matrice objectif Afin de limiter la puissance numérique nécessaire au système, il est possible de réduire le nombre de filtres en calculant une matrice de filtrage commune à partir des première et seconde matrice de filtrage. Ainsi, la matrice commune comporte à la fois les informations concernant les réseaux directifs et les haut-parleurs de grave. Cette étape de calcul est particulièrement utile lorsque le système inclut des haut- parleurs large bande qui doivent à la fois recevoir un signal filtré destiné au réseau directif et un signal filtré destiné aux haut-parleurs de grave.
En pratique, la mesure ou la simulation de la première et/ou de la seconde matrice de propagation peut être réalisée en au moins un point de contrôle par zone.
Un mode d’utilisation consiste à augmenter le nombre de points de contrôle à l’intérieur d’une zone. La matrice objectif impose alors d’obtenir le signal désiré au niveau de chaque point de contrôle. Bien que ce système augmente le nombre de filtres, l’utilisation de plusieurs points de contrôle permet d’homogénéiser l’isolation acoustique dans les zones cibles. Une meilleure robustesse par rapport aux mouvements de la tête de l’utilisateur est ainsi obtenue. Si le niveau d’isolation est plus homogène dans la zone, celui-ci diminue avec le nombre de points de contrôle et ce, d’autant plus, si la zone couverte par les points de contrôle est grande. Autrement formulé, la mesure ou la simulation de la première et/ou de la seconde matrice de propagation peut être réalisée en au moins deux points de contrôle, les fonctions de transfert entre chaque haut-parleur de grave ou réseau de haut-parleurs aigu et chaque zone sont obtenues en calculant plusieurs filtres pour chaque point de contrôle situés dans les différentes zones.
En pratique, l’au moins une matrice de filtrage est sélectionnée parmi un ensemble de matrices de filtrage calculées pour les différents points de contrôle ou ensemble de points de contrôle, en fonction de la position de la tête de l’utilisateur.
DESCRIPTION DES FIGURES
La manière de réaliser l’invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l’appui des figures annexées dans lesquelles :
[Fig 1] La figure 1 est une représentation schématique d’un système de l’art antérieur configuré pour sonoriser deux zones distinctes d’un espace par un réseau de haut- parleurs,
[Fig 2] La figure 2 est une représentation schématique d’un système de l’art antérieur configuré pour sonoriser deux zones distinctes d’un espace par génération d’ondes destructives,
[Fig 3] La figure 3 est une représentation schématique du système de l’invention selon un premier mode de réalisation,
[Fig 4] La figure 4 est une représentation schématique du système de l’invention selon un second mode de réalisation,
[Fig 5] La figure 5 est un organigramme représentant les étapes du procédé de l’invention selon un mode de réalisation,
[Fig 6] La figure 6 est une représentation schématique de l’étape de mesure et/ou de simulation d’une première matrice de propagation entre les différents haut-parleurs de grave et les différentes zones du procédé de la figure 5 selon un mode de réalisation monophonique, [Fig 7] La figure 7 est une représentation schématique de l’obtention de la première matrice objectif selon le mode de réalisation de la figure 6, en fonction des premières matrices de propagation et de filtrage,
[Fig 8] La figure 8 est une représentation schématique de l’obtention de la première matrice objectif pour une restitution sonore stéréophonique, en fonction des premières matrices de propagation et de filtrage,
[Fig 9] La figure 9 est une représentation schématique de l’obtention de la première matrice objectif pour une restitution sonore 3D, en fonction des premières matrices de propagation et de filtrage,
[Fig 10] La figure 10 est une représentation schématique de l’étape de mesure et/ou de simulation d’une seconde matrice de propagation entre les différents réseaux de haut-parleurs aigu et les différentes zones du procédé de la figure 5 selon un mode de réalisation monophonique,
[Fig 11] La figure 11 une représentation schématique de la seconde matrice objectif selon le mode de réalisation de la figure 8, en fonction des secondes matrices de propagation et de filtrage,
[Fig 12] La figure 12 est une représentation schématique de l’obtention de la seconde matrice objectif pour une restitution sonore stéréophonique, en fonction de la seconde matrice de propagation et de la seconde matrice de filtrage,
[Fig 13] La figure 13 est une représentation schématique de l’obtention de la seconde matrice objectif pour une restitution sonore 3D, en fonction de la seconde matrice de propagation et de la seconde matrice de filtrage,
[Fig 14] La figure 14 est une représentation schématique de la première matrice de filtrage selon le mode de réalisation de la figure 7, et
[Fig 15] La figure 15 est une représentation schématique de la seconde matrice de filtrage après optimisation du paramètre β, selon le mode de réalisation de la figure 7,
[Fig 16] La figure 16 est une représentation schématique de la fusion des matrices de filtrage selon deux modes de réalisation distincts ;
[Fig 17] La figure 17 est un graphique comparatif de la répartition spatiale de l'intensité sonore pour une source seule, un réseau avec un filtrage préalable sur chaque source, un réseau directif et un réseau de haut-parleur avec filtrage préalable sur chaque faisceau pour une fréquence de 100Hz ;
[Fig 18] La figure 18 est un graphique comparatif de la répartition spatiale de l’intensité sonore pour une source seule, un réseau avec un filtrage préalable sur chaque source, un réseau directif et un réseau de haut-parleurs avec filtrage préalable sur chaque faisceau pour une fréquence de 1000Hz,
[Fig 19] La figure 19 est un graphique comparatif de la répartition spatiale de l’intensité sonore pour une source seule, un réseau avec un filtrage préalable sur chaque source, un réseau directif et un réseau de haut-parleurs avec filtrage préalable sur chaque faisceau pour une fréquence de 2000Hz,
[Fig 20] La figure 20 est un graphique comparatif de l’atténuation acoustique entre deux utilisateurs en fonction de la fréquence pour un réseau de haut-parleurs seul, un réseau avec un filtrage préalable sur chaque source et un réseau avec filtrage mutualisé, et
[Fig 21] La figure 21 est un graphique de l’atténuation acoustique obtenue en fonction de la fréquence lorsqu’un filtrage préalable est appliqué sur chaque source d’un réseau de 16 haut-parleurs large bande par zone pour une fréquence inférieure à la fréquence de coupure et lorsque l’invention est appliquée pour des fréquences supérieures à la fréquence de coupure.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION
Tel qu’illustré sur la figure 3, le système 100 de l’invention peut être intégré dans ou à proximité d’un espace 3000 que l’on souhaite sonoriser. L’espace 3000 peut présenter des dimensions variables et être délimité ou non par des frontières physiques. A titre d’exemple, l’espace 3000 peut être l’habitacle d’une voiture, une salle de cinéma, une salle de concert ou encore un espace de concert en plein air.
Au sein de l’espace 3000, il est possible de définir des zones Z31, Z32 pour lesquelles il est recherché d’obtenir une sonorisation spécifique.
La zone Z31 peut par exemple être une zone dans laquelle il est recherché de maximiser l’intensité sonore, tandis que dans la zone Z32, il est recherché de minimiser l’intensité sonore. A titre d’exemple, l’espace 3000 peut inclure une zone de de concert en plein air et son voisinage proche. La zone Z31 peut correspondre à l’intérieur de la zone de concert en plein air, cette zone Z31 étant destinée à être sonorisée par la musique du concert. La zone Z32 peut, quant à elle, correspondre à l’extérieur de la zone de concert en plein air. Il est alors recherché de limiter au maximum l’intensité sonore dans la zone Z32 pour ne pas déranger le voisinage. Selon un autre exemple, la zone Z31 peut être une zone dans laquelle on souhaite générer un contenu sonore d’un premier type, tandis que dans la zone Z32, on souhaite générer un contenu sonore d’un second type. A titre d’exemple, l’espace 3000 peut correspondre à une salle de cinéma, la zone Z31 peut correspondre à une première rangée de sièges pour lesquels on souhaite diffuser un film dans une première langue et la zone Z32 peut correspondre à une seconde rangée de sièges pour lesquels on souhaite diffuser le film dans une seconde langue. En variante, l’espace 3000 peut comporter plus de deux zones, typiquement entre 3 et 20 zones distinctes. En particulier, Eespace 3000 peut comporter des « paires de zones », c’est-à-dire des zones espacées d’entre 15 et 25cm pour permettre à un utilisateur de positionner chacune de ses oreilles dans une zones distincte. L’utilisateur peut alors recevoir un contenu sonore différent dans chaque oreille, ce qui permet de recréer un effet sonore stéréophonique ou 3D.
Afin de sonoriser ces zones Z31, Z32, le système 100 comporte des haut- parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 disposés au sein de l’espace 3000. Par exemple, les haut-parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 peuvent être disposés à proximité des zones à sonoriser. Typiquement, les haut-parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 peuvent être intégrés dans le siège de l’utilisateur ou dans le dossier d’un siège lui faisant face, dans le cas d’une rangée de sièges. Les haut- parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 peuvent également être éloignés de la zone à sonoriser, typiquement sur une distance comprise entre 0.5m et 100 m. Les haut-parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 peuvent par exemple être intégrés dans les murs et/ou parois de l’espace 3000 ou montés sur une barre de son.
Tel qu’illustré sur la figure 3, pour chaque zone Z31, Z32 de l’espace 3000, il est possible d’associer un haut-parleur de grave HPG21, HPG22 et un réseau R21, R22 de trois haut-parleurs aigu HPA21, HPA22. En variante, le nombre de haut-parleurs de grave HPG21, HPG22 peut être compris entre 2 et 10. De même, le nombre de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 peut-être compris entre 2 et 30. De manière générale, les réseaux R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 sont formées d’un ensemble de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 alignés et séparés d’une distance inférieure à la moitié du maximum des longueurs d’ondes générées par les haut-parleurs de sorte à obtenir des interférences constructives et à former une onde sonore sensiblement cylindrique. Cependant, les réseaux R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 ne sont pas forcément physiquement séparés. Il est possible de former des sous-réseaux et de leurs attribuer une fonction différente. A titre d’exemple, un réseau R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 peut être constitué de 10 haut-parleurs aigu HPA21, HPA22. Au sein de ce réseau R21, R22, 5 haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 peuvent être attribués à la zone Z31, tandis que les 5 autres haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 sont attribué à la zone Z32 En variante, les 10 haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 peuvent être à la fois attribués à la zone Z31 et à la zone Z32. Deux ondes sonores directives sont alors générées, à destination de chaque zone Z31, Z32. Des délais temporels peuvent être appliqués à chaque haut-parleur aigu HPA21, HPA22 constitutif du réseau R21, R22 pour faire parvenir le bon signal sonore à la bonne zone Z31, Z32. Un haut-parleur de grave HPG21, HPG22 émet typiquement dans une plage de fréquences comprise entre 20 Hz et 2000 Hz et un haut-parleur aigu HPA21, HPA22, émet typiquement dans une plage de fréquences comprise entre 2000 Hz et 40 kHz. En variante, tel qu’illustré sur la figure 4, le système 200 peut comporter des haut- parleurs large bande HPLB, émettant, dans l’espace 4000, à la fois sur la plage des basse-fréquences et sur la plage des haute-fréquences, c’est-à-dire, typiquement sur toute la bande passante de l’oreille humaine à savoir entre 20 Hz et 20 kHz. Les haut-parleurs large bande HPLB peuvent faire partie intégrante d’un réseau R31, R32 ou encore fonctionner en autonomie. Tel qu’illustré sur la figure 3, sans aucun traitement préalable, les haut-parleurs aigu HPA11, HPA12 et les haut-parleurs de grave HPG21, HPG22 ne sont pas parfaitement directifs et peuvent émettre des ondes sonores en direction des autres zones Z31, Z32 que celles qu’ils sont en charge de sonoriser. Ainsi, le premier haut- parleur de grave HPG21 émet à la fois une onde sonore Os32 en direction de sa zone Z31 et une onde sonore Os36 en direction de la seconde zone Z32 et de même, le second haut-parleur de grave HPG22 émet à la fois une onde sonore Os33 en direction de sa zone Z32 et une onde sonore Os37 en direction de l’autre zone Z31. En outre, les réseaux de haut-parleurs aigu R21, R22 ne sont pas non plus parfaitement directifs et émettent également des ondes sonores en direction des deux zones Z31, Z32 à la fois. A titre d’exemple, le réseau de haut-parleurs aigu R21 émet à la fois une onde sonore Os31 en direction de sa zone Z31 et une onde sonore Os35 en direction de la seconde zone Z32. De même, le réseau de haut-parleurs aigu R22 émet à la fois une onde sonore Os34 en direction de sa zone Z32 et une onde sonore Os38 en direction de la zone Z31.
Pour limiter la pollution sonore, chaque haut-parleur de grave HPG21, HPG22 et chaque réseau R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 est associé à un filtrage F31-F34 commandant la génération d’ondes sonores destructives Od35- Od38 pour annuler les ondes sonores indésirables Os35-Os38.
Ainsi, chaque haut-parleur de grave HPG21, HPG22 est associé à un filtre F32, F33, qui fournit aux haut-parleurs de grave HPG21, HPG22, respectivement les signaux S32 et S33. En revanche, le filtre F31, F34 est mutualisé pour l’ensemble des haut-parleurs aigu HPA11, HPA12. Le filtres F31, F34 fournissent ainsi respectivement un signal S31 et S34 aux réseaux de haut-parleurs HPA21, HPA22. Les haut-parleurs HPG21, HPG22, HPA21, HPA22 sont alimentés par deux signaux électriques U7, U8. De préférence, les signaux U7, U8 sont filtrés par un filtre passe-bas Pb avec une fréquence de coupure comprise entre 400 Hz et 4kHz et par un filtre passe-haut Ph avec une fréquence de coupure comprise entre 400 Hz et 4kHz afin de distinguer les haut-fréquences des basse-fréquences. Ainsi, les signaux basse-fréquences U52, U62 sont transmis aux filtres F32, F33 des haut- parleurs de grave HPG21, HPG22 et les signaux haute-fréquences U51, U61 sont transmis aux filtres F31, F34 des réseaux R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22. Il s’ensuit que les contenus sonores obtenus dans la première zone cible Z31 correspondent majoritairement à ceux attendus par le signal U7 par l’association : - des ondes sonores basse-fréquences Os32 formées par le premier haut-parleur de grave HPG21 dont le signal S32 est configuré pour également générer des interférences destructives Od37 pour limiter les ondes sonores Os37 formées par le second haut-parleur de grave HPG22 ; et - des ondes sonores haute-fréquences Os31 formées par les haut-parleurs aigu HPA21 présentant une directivité obtenue par le réseau R21 et générant des interférences destructives Od38 pour limiter les ondes sonores Os38 formées par le second réseau R22 de haut-parleurs aigu HPA22. De la même manière, les contenus sonores obtenus dans la seconde zone cible Z32 correspondent majoritairement à ceux attendus par le signal U8. Tel qu’illustré sur la figure 4, le système peut comprendre au moins un haut-parleur large bande HPLB1 en charge de sonoriser la zone Z41 et au moins un haut-parleur large bande HPLB2, pour sonoriser la zone Z42. De même, le système peut comprendre au moins un réseau de haut-parleurs aigu R21, R22 pour sonoriser respectivement les zones Z41 et Z42. Les haut-parleurs large bande HPLB1 ne sont pas non plus parfaitement directifs et peuvent émettre des ondes sonores en direction des autres zones Z41, Z42 que celles qu’ils sont en charge de sonoriser. Ainsi, le haut-parleur large bande HPLB1 émet à la fois une onde sonore Os42 en direction de sa zone Z41 et une onde sonore Os46 en direction de la seconde zone Z42. Pour limiter la pollution sonore, chaque haut-parleur large bande HPLB1, HPLB2 et chaque réseau R21, R22 de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22 est associé à au moins un filtrage F41-F44 commandant la génération d’ondes sonores destructives Od45-Od48 pour annuler les ondes sonores indésirables Os35-Os38. Par exemple, le haut-parleur large bande HPLB1 peut-être associé à deux filtres F41 et F42 commandant la génération d’ondes sonores destructives Od47 pour annuler les ondes sonores indésirables Os45-Os48. Le premier filtre F41 est alimenté par la partie haut-fréquences U71 du signal électrique U9 et produit un signal S41 à destination du haut-parleur large bande HPLB1 et du réseau R31. Le second filtre F42 est alimenté par la partie basse-fréquences U72 du signal électrique U9 et produit un signal S42 à destination du haut-parleur large bande HPLB1. De même, le haut-parleur large bande HPLB2 peut-être associé à deux filtres F43 et F44 commandant la génération d’ondes sonores destructives Od46 pour annuler les ondes sonores indésirables Os45-Os48. Le premier filtre F44 est alimenté par la partie haut-fréquences U81 du signal électrique U10 et produit un signal S44 à destination du haut-parleur large bande HPLB2 et du réseau R32 et le second filtre F43 est alimenté par la partie basse-fréquences U82 du signal électrique U10 et produit un signal S43 à destination du haut-parleur large bande HPLB2. Dans l’exemple de la figure 4, le haut-parleur large bande HPLB1 est utilisé pour sonoriser la zone Z41 en basse-fréquences et pour annuler les ondes sonores indésirables Os47 provenant du haut-parleur large bande HPLB2. En variante, le haut-parleur large bande HPLB1 peut être utilisé pour sonoriser la zone Z41 en haute-fréquences, par exemple en faisant partie intégrante du réseau R31, et/ou pour annuler les ondes sonores indésirables Os48 provenant du réseau de haut-parleurs aigu HPA32. Dans encore une autre variante, le haut-parleur large bande HPLB1 peut jouer les deux rôles à la fois ou une combinaison de ces rôles. De même, le haut-parleur large bande HPLB2 est utilisé pour sonoriser la zone Z42 en basse-fréquences et pour annuler les ondes sonores indésirables Os47 provenant du haut-parleur large bande HPLB1. Ce haut-parleur large bande HPLB2 est connecté à un second filtre F43 alimenté par la partie basse-fréquences U82 du signal électrique U10. En outre, le réseau de haut-parleurs aigu R31 émet à la fois une onde sonore Os41 en direction de sa zone Z41 et une onde sonore Os45 en direction de la seconde zone Z42. De même, le réseau de haut-parleurs aigu R32 émet à la fois une onde sonore Os44 en direction de sa zone Z42 et une onde sonore Os48 en direction de la zone Z41. Afin de configurer les différents filtres, une matrice de filtrage C1, C2, C peut être mesurée ou simulée. Ce procédé de détermination d’au moins une matrice de filtrage C1, C2, C est associé à au moins un haut-parleur de grave HPG21, HPG22, et au moins un réseau de haut-parleurs aigu HPA21, HPA22, HPA31, HPA32 du système 100. Tel qu’illustré sur les figures 5 et 6, la première étape du procédé consiste à mesurer et/ou simuler 101 une première matrice de propagation H1 entre les différents haut- parleurs de grave HPG41-HPG48 et les différentes zones Z41, Z42. Pour ce faire, on mesure ou on simule, la réponse en fréquence entre des points de contrôle PC1, PC2 et chaque haut-parleur de grave HPG21, HPG22. Tel qu’illustré sur la figure 6, la mesure peut être obtenue en positionnant un microphone dans chaque zone Z51, Z52. Les cordonnées des positions des microphones correspondent aux points de contrôle PC1, PC2. Lorsque les points de contrôle PC1, PC2 sont définis, les haut-parleurs de grave HPG21, HPG22 sont commandés pour diffuser des ondes sonores dont la fréquence varie sur tout ou partie de la plage de fréquence que le haut-parleur de grave HPG21, HPG22 peut produire. Typiquement, les haut-parleurs de grave HPG21, HPG22 peuvent être commandés pour diffuser un signal sinusoïdal glissant sur une plage de fréquences comprise entre 20Hz et 40000Hz. En variante, pour simuler la réponse en fréquence des haut-parleurs de grave HPG21, HPG22, un modèle reproduisant les caractéristiques des haut-parleurs peut être utilisé. Pour ce faire, la pression générée par le haut-parleur est assimilée à la pression rayonnée par un monopole acoustique ou un piston. En variante, la pression rayonnée par le haut-parleur peut être également calculée à l'aide d'un modèle numérique basée sur la Méthode des Eléments Finis ou sur la Méthode des Eléments de Frontière. Chaque fonction de transfert H1M,N entre chaque point de contrôle PC1, PC2 et chaque haut-parleur de grave HPG21, HPG22 est indexée telle que M est le numéro du point de contrôle et N, le numéro du haut-parleur. La matrice de propagation H1 illustrée à la figure 7 est ainsi obtenue. Cette matrice de propagation H1 présente 2 lignes et 8 colonnes car deux points de contrôle PC1, PC2 sont présents dans l’espace et 8 haut-parleurs grave HPG41-HPG48 sont considérés. La seconde étape du procédé, tel qu’illustré sur les figures 5 et 10, consiste à mesurer et/ou simuler 103 une seconde matrice de propagation H2 entre les différents réseaux de haut-parleurs aigu HPA41-HPG48 et les différentes zones Z51, Z52. Une méthode similaire à celle illustrée sur la figure 6 peut être utilisée. Les réseaux R41, R42 de haut-parleurs aigu HPA41-HPA48 sont alors commandés pour diffuser des ondes sonores dont la fréquence varie sur tout ou partie de la plage de fréquence que les haut-parleurs aigu HPA41-HPA48 peuvent produire. Typiquement, les réseaux R41, R42 de haut-parleurs aigu HPA41-HPA48 peuvent être commandés pour diffuser un signal sinusoïdal glissant sur toute la plage des fréquences audibles, c’est-à-dire comprises entre 20Hz et 40kHz. Chaque fonction de transfert H2M,N entre chaque point de contrôle PC1, PC2 et chaque réseau R41, R42 de haut-parleurs aigu HPA41-HPA48 est indexée telle que M est le numéro du point de contrôle et N, le numéro du réseau R41, R42. Suivant l’exemple de la figure 10, on obtient la matrice de propagation H2 illustrée à la figure 11. Cette matrice de propagation H2 présente 2 lignes et 2 colonnes car deux points de contrôle PC1, PC2 sont présents dans l’espace et 2 réseaux R41, R42 de haut-parleurs aigu HPA41-HPA48 émettant chacun un faisceau sonore en direction des deux points de contrôle PC1 et PC2 sont considérés. Les deux étapes 101, 103 sont indépendantes et réalisées l’une après l’autre. Les étapes 102 et 104 consistent à déterminer une première et une seconde matrice objectif M1, M2 à partir des première et seconde matrices de propagation H1, H2 en annulant les fonctions de transfert dans les zones destinées à recevoir les ondes sonores destructives. Ainsi, dans l’étape 102, il est recherché d’annuler les fonctions de transfert H11,N entre les haut-parleurs de grave HPG41-HPG44 et la zone Z52 ainsi que les fonctions de transfert H12,N entre les haut-parleurs de grave HPG45-HPG48 et la zone Z51. Dans le cas où il est recherché d’obtenir un son monophonique dans les zones Z51 et Z52, la matrice M1 obtenue est telle qu’illustrée sur la figure 7. Ainsi, la matrice M1 obtenue est le produit de la matrice H1 et de la matrice de filtrage C1, cette dernière comportant 8 lignes et 2 colonnes. La matrice M1 obtenue présente donc 2 lignes et 2 colonnes et seuls les coefficients M11,1 et M12,2 sont conservés. Dans le cas où il est recherché d’obtenir une restitution sonore stéréophonique, la matrices de propagation H1 est établie entre 8 haut-parleurs HPG41-HPG48 et 4 points de contrôle PC1-PC4. La matrice H1 présente donc 4 lignes et 8 colonnes, tandis que la matrice de filtrage C1 présente 8 lignes et 4 colonnes. Pour obtenir la matrice M1, il convient de converser 2 réponses par ligne et par colonne. Plusieurs solutions sont possibles et un exemple de conservation est illustré sur la figure 8. Dans le cas où il est recherché d’obtenir une restitution sonore 3D, la matrices de propagation H1 est établie entre 8 haut-parleurs HPG41-HPG48 et 4 points de contrôle PC1-PC4. La matrice H1 présente donc 4 lignes et 8 colonnes, tandis que la matrice de filtrage C1 présente 8 lignes et 4 colonnes. Pour obtenir la matrice M1, il convient de converser 1 réponse par ligne et par colonne. Plusieurs solutions sont possibles et un exemple de conservation est illustré sur la figure 9. De la même manière, dans l’étape 104, il est recherché d’annuler les fonctions de transfert H21,N entre les réseaux de haut-parleurs aigu HPA41-HPA44 et la zone Z52 ainsi que les fonctions de transfert H22,N entre les réseaux de haut-parleurs aigu HPA45-HPA48 et la zone Z51. Dans le cas où il est recherché d’obtenir un son monophonique, la matrice M2 obtenue est illustrée sur la figure 11. La matrice M2 est le produit de deux matrices carrées H2, C2, elle est donc également carrée. Dans le cas où il est recherché d’obtenir une restitution sonore stéréophonique, il convient de converser 2 réponses par ligne et par colonne. Plusieurs solutions sont possibles et un exemple de conservation est illustré sur la figure 12. La matrice M2 est le produit de deux matrices carrées H2, C2, elle est donc également carrée. Dans le cas où il est recherché d’obtenir une restitution sonore 3D, la matrice M2 est une matrice diagonale, tel qu’illustré sur la figure 13. La matrice M2 est le produit de deux matrices carrées H2, C2, elle est donc également carrée. Les étapes 105 et 106 consistent à calculer une première et une seconde matrice de filtrage C1, C2 correspondant au produit de la matrice inverse de la matrice de propagation H1, H2 et de la matrice objectif M1, M2, soit C1 = H2-1.M2 et C2 = H1 - 1.M2. Les matrices de filtrage C1, C2 sont calculées de manière à minimiser l’erreur entre la matrice obtenue après filtrage et la matrice objectif M1, M2. En outre, dans l’exemple de la figure 7, la matrice H1 n’est pas carrée. Seule une pseudo-inversion de la matrice H1 peut-alors être effectuée et l’introduction d’un paramètre d’erreur β est nécessaire. En cherchant à minimiser la valeur du paramètre β, il est alors possible de converger vers des solutions d’inversion. La valeur du paramètre β peut être constante ou encore dépendre de la fréquence. Cependant, ces solutions peuvent avoir pour effet de modifier la réponse en fréquence des ondes sonores résultantes, se traduisant alors par une coloration sonore par rapport à son désiré dans les matrices objectifs M1 et M2. Ces solutions peuvent également réduire la plage dynamique du système, c’est-à-dire la plage de niveau sonore couverte par le système. A titre d’exemple, la figure 14 illustre la matrice de filtrage C1 obtenue pour l’exemple de la figure 9. Cette matrice présente 8 lignes et 2 colonnes. De plus, en basse-fréquences, typiquement entre 10Hz et 500Hz, pour chaque filtre C1N,M, on observe un gain élevé pouvant atteindre 8 dB. La figure 15 illustre l’effet sur le gain de l’introduction du paramètre β. Ce paramètre introduit des erreurs par rapport à la matrice objectif M1, M2, mais limite l’effort. La valeur de β est optimisée pour chaque fréquence. Ainsi, sur la figure 14, la courbe en pointillés illustre la matrice de filtrage C1 avant régularisation, c’est-à-dire avec β=0, et la courbe en train plein illustre la matrice de filtrage C1 après régularisation. On observe ainsi que le gain des filtres, notamment en basse-fréquences et plus faible, c’est-à-dire proche de 0dB. La méthode utilisée pour calculer la matrice de filtrage C2 est identique à la méthode décrite précédemment. Avantageusement, il est possible de calculer, dans l’étape 107, une matrice de filtrage commune C à partir des première et seconde matrices de filtrage C1, C2. Pour ce faire, selon un exemple illustré sur la figure 16, un réseau R51 de 13 haut- parleurs, comportant 9 haut-parleurs aigu HPA51 et 4 haut-parleurs large bande HPLB peut être utilisé. En variante, le réseau R51 peut ne comporte que des haut- parleurs large bande HPLB. Le réseau R51 illustré à la figure 16 est commandé par plusieurs filtres configurés pour transmettre aux haut-parleurs large bande HPLB la partie grave du son et pour transmettre aux haut-parleurs aigu HPA51, la partie aigue du son. Au sein de ce réseau R51, les haut-parleurs aigu HPA51 et les haut-parleurs large bande HPLB sont regroupés en sous-réseaux afin de calculer des matrices de filtrage correspondantes. Autrement formulé, pour le sous-réseau de haut-parleurs aigu HPA51, on calcule une première matrice de filtrage et pour le sous-réseau de haut-parleurs large bande HPLB1, on calcule une seconde matrice de filtrage. Pour fusionner ces matrices de filtrage, il existe deux possibilités. La première solution Mode 1 consiste à utiliser un seuillage. A titre d’exemple, le seuillage peut être réalisée sur la fréquence de coupure. Par exemple, la valeur de la fréquence de seuillage peut être identique à la fréquence de coupure choisie pour les filtres passe-bas et/ou passe-haut permettant de distinguer les haute-fréquences des basse-fréquences. Ainsi, si la fréquence commandée au réseau R51 est inférieure à la fréquence de seuillage alors c’est le coefficient de la première matrice de filtrage qui est choisi. A l’inverse, si la fréquence commandée au réseau R51 est supérieure à la fréquence de seuillage alors c’est le coefficient de la seconde matrice de filtrage qui est choisi. En variante, la seconde solution Mode 2 consiste à multiplier les deux matrices de filtrages en ajoutant un filtre passe-bas LPF sur la première matrice de filtrage et un filtre passe-haut HPF sur la seconde matrice de filtrage. Avec l’une ou l’autres des méthodes décrites précédemment, les matrices de filtrage C, C1, C2 des filtres peuvent être déterminées lors de l’installation du système. En outre, une ou plusieurs matrices peut être recalculées au cours du temps ou plusieurs jeux de matrices de filtrage C, C1, C2 peuvent être prédéterminés et utilisés en fonction des besoins. Par exemple, il est possible d’ajouter au système une fonctionnalité de suivit de la tête d’un utilisateur. Un exemple de réalisation est décrit dans le document US 6243476. A partir de la position de la tête, il est possible de calculer ou d’utiliser une matrice de filtrage C, C1, C2 spécifique. L’invention permet de générer des ondes sonores pour au moins deux zones distinctes d’un même espace avec une qualité sonore satisfaisante et une robustesse aux déplacements, tout en limitant l’encombrement du système, c’est-à-dire le nombre de haut-parleurs et la complexité de l’électronique de commande. Afin de comparer les performances du système de l’invention avec les systèmes existants, plusieurs simulations ont été réalisées. Pour ce faire, on définit deux zones Z61 et Z62 d’un espace 5000. Au sein de chaque zone Z61, Z62, on positionne deux points de contrôle PC1-PC4. On commande ensuite une source seule SS, un réseau de haut-parleurs AR, un réseau de haut- parleurs avec filtrage individuel de chaque haut-parleur AR+F et le système de l’invention AR+I pour diffuser une onde sonore à une fréquence de 100Hz, tel qu’illustré sur la figure 17. On observe que, dans le cas d’une source seule SS à basse-fréquences, les zones Z61, Z62 reçoivent une intensité sonore sensiblement homogène comprise entre -5 et 5dB. La directivité est très faible et les zones Z61, Z62 ne sont pas différentiées. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs AR, les zones Z61, Z62 reçoivent une intensité sonore similaire à la source seule SS, comprise entre -5 et 5dB. La directivité est toujours très faible et les zones Z61, Z62 ne sont pas différentiées. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs avec filtrage individuel de chaque haut- parleur AR+F, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore proche de - 30dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. Dans le cas du système de l’invention AR+I, on observe que la zone Z61 présente également un niveau sonore entre -20dB et -30dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc également différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. A 100Hz, les résultats entre l’invention AR+I et un réseau de haut-parleurs avec filtrage individuel de chaque haut-parleur AR+F sont comparables. La figure 18 illustre les mêmes éléments commandés pour diffuser une onde sonore à une fréquence de 1000Hz. On observe que, dans le cas d’une source seule SS, les zones Z61, Z62 reçoivent une intensité sonore sensiblement homogène comprise entre -5 et 5dB. La directivité est très faible et les zones Z61, Z62 ne sont pas différentiées. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs AR, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore entre -10dB et -20dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs avec filtrage individuel de chaque haut- parleur AR+F, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore compris entre -30dB et -15dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre -5 et 5dB. Il y a donc bien différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. Cependant, on observe que les zones Z61 et Z62 comportent des raies d’intensité. Autrement formulé, l’intensité sonore peut varier brutalement, typiquement de -5dB à 5dB au sein d’une zone Z62 lors du passage d’une raie à l’autre. Ainsi, ce système permet une très bonne isolation sonore puisque les points de contrôle PC1-PC4 sont chacun positionnés dans une raie différente, mais ce système n’est pas suffisamment robuste si l’utilisateur se déplace au sein des zones Z61, Z62 par rapport aux points de contrôle PC1-PC4. Dans le cas du système de l’invention AR+I, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore proche de -30dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc bien différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. En outre, l’intensité sonore est sensiblement homogène sur toute la surface de la zone Z61, Z62, ce qui permet d’obtenir une bonne robustesse par rapport aux déplacements de l’utilisateur au sein des zones Z61, Z62 par rapport aux points de contrôle PC1-PC4. Tel qu’illustré sur la figure 19, les mêmes éléments sont commandés pour diffuser une onde sonore à une fréquence de 5000 Hz. On observe que dans le cas d’une source seule SS en haute-fréquences, les zones Z61, Z62 reçoivent une intensité sonore sensiblement homogène comprise entre -5 et 0dB. La directivité est très faible et les zones Z61, Z62 ne sont pas différentiées. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs AR, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore homogène de -30dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. Dans le cas d’un réseau de haut-parleurs avec filtrage individuel de chaque haut- parleur AR+F, on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore compris entre -30dB et -20dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre - 30 et 5dB. Il y a donc bien différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. Cependant, on observe que les zones Z61 et Z62 comportent également des raies d’intensité. Ainsi, l’intensité sonore peut varier brutalement au sein des zones Z61 et Z62 lors du passage d’une raie à l’autre. Par exemple, au sein de la zone Z62, si les utilisateurs se déplacent au sein des zones Z61, Z62 par rapport aux points de contrôle PC1-PC4, l’intensité sonore qu’ils reçoivent peut brutalement passer de 0dB à -30dB. Ainsi, ce système permet une très bonne isolation sonore puisque les points de contrôle PC1-PC4 sont chacun positionnés sur une raie différente, mais ce système n’est pas suffisamment robuste si les ’utilisateurs se déplacent au sein des zones Z61, Z62 par rapport aux points de contrôle PC1-PC4. Dans le cas du système de l’invention AR+I, on observe que on observe que la zone Z61 présente un niveau sonore homogène de -30dB, tandis que la zone Z62 présente un niveau sonore compris entre 0 et 5dB. Il y a donc bien différentiation du niveau sonore entre les zones Z61, Z62. En outre, l’intensité sonore est sensiblement homogène sur toute la surface de chaque zone Z61, Z62, ce qui permet d’obtenir une meilleure robustesse par rapport aux déplacements de l’utilisateur. Selon un autre exemple, illustré à la figure 20, l’invention permet d’obtenir une bonne isolation dans les zones, tout en conservant un intensité sonore suffisante. Ainsi, sur la figure 20, la courbe 170 représente le niveau d’isolation acoustique simulé entre deux points de contrôles PC1 et PC2 situées dans une première zone, et les points de contrôle PC3 et PC4 situées dans une seconde zone pour un réseau de haut-parleur seul AR. Le niveau d’isolation acoustique NIA peut-être calculé à partir de la différence d’énergie acoustique entre les deux zones, tel que : [Math7]
L’isolation acoustique NIA est quasiment nulle en basse fréquence car le réseau n’est pas directif. L’isolation acoustique NIA est plus importante entre 1 kHz et 9 kHz avec un niveau maximum de 60 dB à 6 kHz. Le niveau d’isolation NIA chute après 9 kHz, en raison de la présence de lobes secondaires dans la directivité du réseau. Ces lobes secondaires sont dirigés vers la zone Z61, Z62 où il est recherché de limiter au maximum l’intensité sonore, ce qui tend à diminuer l’isolation de la zone Z61, Z62.
La courbe 150 représente l’évolution de l’isolation acoustique NIA en fonction de la fréquence pour un réseau de haut-parleur traité individuellement. L’isolation acoustique NIA est constante à environ 30 dB entre 0 et 100 Hz, puis un plateau d’intensité est observé entre 1000 Hz et 20 kHz. Pour ce plateau, l’intensité sonore est comprise entre 80 et 110 dB à la position pour laquelle les filtres ont été optimisés. Avec un traitement individuel sur chaque haut-parleur, il est donc possible d’atteindre une isolation acoustique importante, mais avec une faible robustesse contre les mouvements de tête en haute-fréquences.
La courbe 160 représente l’évolution de l’isolation acoustique NIA en fonction de la fréquence pour un système selon l’invention. L’isolation acoustique NIA est sensiblement constante entre 20 et 30 dB pour des fréquences comprises entre 0 et 100 Hz. Un pic d’intensité est localisé entre 1 kHz et 10 kHz. Pour ce pic, l’isolation acoustique atteint au maximum théorique de 120 dB. On observe également que le niveau d’isolation chute en haute-fréquence, c’est-à-dire vers 8000 Hz, principalement à cause de l’apparition des lobe secondaires orienté vers la zone dans laquelle on souhaite minimiser l’intensité sonore. Cependant, avec l’invention, il est possible d’augmenter le nombre de haut-parleurs constitutifs du réseau, tout en conservant la longueur totale du réseau avec un minimum de changements structurels du système puisque le nombre de filtre reste inchangé. La solution de l’invention permet donc plus de flexibilité et de robustesse tout en rendant possible le cumul d’une bonne intensité sonore et d’une bonne isolation. Dans un mode de réalisation illustré à la figure 21, il est possible de privilégier l’une ou l’autre des méthodes de sonorisation en fonction de la fréquence, ou encore de combiner plusieurs méthodes. Ainsi, à titre d’exemple, pour un réseau de haut- parleurs large bande, il est possible de réaliser un filtrage individuel AR+F de chaque haut-parleur constitutif du réseau ou encore de ne réaliser un filtrage individuel que sur certains haut-parleurs constitutifs du réseau lorsque la fréquence est inférieure à la fréquence de coupure Fc du système car ce filtrage produit les meilleurs résultats sonores. Lorsque la fréquence est supérieure à la fréquence de coupure Fc, le système de l’invention AR+I est utilisé car il produit de meilleurs résultats en termes de robustesse contre les mouvements de tête pour les fréquences élevées. Dans cet exemple, la fréquence de coupure Fc est comprise entre 1000 et 10000 Hz, et est par exemple égale à 3000 Hz.

Claims

REVENDICATIONS 1. Système de génération d’ondes sonores pour au moins deux zones distinctes (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) d’un même espace (3000, 4000, 5000) ; ledit système comportant pour chaque zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) dudit espace (3000, 4000, 5000) : - au moins un réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) comportant au moins trois haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41- HPA48, HPA51) de sorte à former au moins une onde sonore directive ; et - au moins un haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) ; ledit système comportant également des moyens de traitement audio des signaux transmis aux haut-parleurs; lesdits moyens de traitement audio commandant au moins un haut-parleur pour générer des ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) dans au moins une zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) dudit espace (3000, 4000, 5000) et obtenir des contenus sonores distincts dans lesdites au moins deux zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) distinctes dudit espace (3000, 4000, 5000); chaque contenu sonore de chaque zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) résultant de la somme des ondes sonores propagées dans ladite zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62), caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement audio commandent individuellement chaque haut- parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et mutuellement chaque réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) pour générer les ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) dudit espace (3000, 4000, 5000) sont sonorisées par un même réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut- parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) formant au moins deux ondes sonores directives.
3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, l’espace (3000, 4000, 5000) comportant au moins quatre zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62), le système comprend au moins quatre ondes sonores directives et au moins quatre haut-parleurs de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) ; lesdits moyens de traitement audio commandant : - chaque haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) associé à une zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) cible pour générer des ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) destinées à limiter les ondes sonores générées (Os35-Os38, Os45-Os48), dans la zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) cible, par les haut-parleurs de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) associés à d’autre zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) ; et - chaque réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleur aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) associé à une zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) cible pour générer des ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) destinées à limiter les ondes sonores générées (Os35-Os38, Os45-Os48), dans la zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) cible, par les réseaux (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41- HPA48, HPA51) associés à d’autre zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62).
4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de traitement audio comportent au moins un filtre passe-bas (Pb) et au moins un filtre passe-haut (Ph) permettant de scinder le signal transmis aux haut- parleurs en au moins un signal haute-fréquences transmis aux réseaux (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) et au moins un signal basse-fréquences transmis aux haut-parleurs de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48).
5. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un haut-parleur large bande (HPLB, HPLB1, HPLB2) constituant à la fois un haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et un haut- parleur aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) d’un réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42), ledit haut-parleur large bande (HPLB, HPLB1, HPLB2) recevant au moins un signal haute-fréquences et au moins un signal basse-fréquences.
6. Système selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système comporte, pour chaque zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) dudit espace (3000, 4000, 5000), entre 2 et 6 haut-parleurs de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et un réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) comportant entre 10 et 20 haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51).
7. Système selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système comporte en outre des moyens de détection de la position de la tête de l’utilisateur, les moyens de traitement audio commandant l’au moins un haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et l’au moins un réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) pour générer les ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) en fonction de la position de la tête de l’utilisateur.
8. Procédé de détermination d’au moins une matrice de filtrage associée à au moins un haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et au moins un réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) du système selon l’une des revendications 1 à 5, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - mesure et/ou simulation (101) d’une première matrice de propagation (H1) entre les différents haut-parleurs de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) et les différentes zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) ; - mesure et/ou simulation (102) d’une seconde matrice de propagation (H2) entre les réseaux (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) et les différentes zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62), chaque matrice de propagation (H1-H2) incluant les fonctions de transfert entre chaque haut- parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) ou réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) et chaque zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62); - détermination (103) d’une première matrice objectif (M1) à partir de la première matrice de propagation (H1) en annulant les fonctions de transfert dans les zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) destinées à recevoir les ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) ; - détermination (104) d’une seconde matrice objectif (M2) à partir de la seconde matrice de propagation (H2) en annulant les fonctions de transfert dans les zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) destinées à recevoir les ondes sonores destructives (Od35-Od38, Od45-Od48) ; - calcul (105) d’une première matrice de filtrage (C1) correspondant au produit de la matrice inverse de la première matrice de propagation (H1) et de la première matrice objectif (M1), et - calcul (106) d’une seconde matrice de filtrage (C2) correspondant au produit de la matrice inverse de la seconde matrice de propagation (H2) et de la seconde matrice objectif (M2).
9. Procédé de selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte en outre une étape de calcul (107) d’une matrice de filtrage commune (C) à partir des première et seconde matrices de filtrage (C1, C2).
10. Procédé selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la mesure et/ou simulation (101) de la première et/ou de la seconde matrice de propagation (H1, H2) étant réalisée en au moins deux point de contrôle, les fonctions de transfert entre chaque haut-parleur de grave (HPG21, HPG22, HPG41-HPG48) ou réseau (R21, R22, R31, R32, R41, R42) de haut-parleurs aigu (HPA21, HPA22, HPA31, HPA32, HPA41-HPA48, HPA51) et chaque zone (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62) sont obtenues en calculant plusieurs filtres (F31-F34, F41-F44) pour chaque point de contrôle (PC1- PC4) situés dans les différentes zones (Z31, Z32, Z41, Z42, Z51, Z52, Z61, Z62).
11. Procédé selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l’au moins une matrice de filtrage (C1, C2, C) est sélectionnée parmi un ensemble de matrices de filtrage (C1, C2, C) calculées pour différents points de contrôle ou ensemble de points de contrôle, en fonction de la position de la tête de l’utilisateur.
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