FR2472326A1

FR2472326A1 - Reseau de microphones a diagramme directionnel

Info

Publication number: FR2472326A1
Application number: FR8026672A
Authority: FR
Inventors: Robert Lee Wallace Jr
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1979-12-17
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1981-06-26
Also published as: NL181965B; IT8026676A0; JPS5925554B2; JPS5698094A; CA1166166A; IT1134737B; NL8006821A; GB2066620A; DE3046416C2; GB2066620B; NL181965C; KR850000659B1; KR830004750A; US4311874A; DE3046416A1; FR2472326B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES RESEAUX DE TRANSDUCTEURS ACOUSTIQUES. LES ELEMENTS QUI COMPOSENT UN RESEAU DE MICROPHONES 41 SONT DISPOSES DE FACON COLINEAIRE ET FORMENT DES PAIRES SYMETRIQUES PAR RAPPORT A UNE LIGNE MEDIANE 44 DU RESEAU. LES DISTANCES DES DIFFERENTS TRANSDUCTEURS PAR RAPPORT A LA LIGNE MEDIANE SONT CALCULEES SELON UNE FORMULE RECURSIVE QUI REDUIT EFFECTIVEMENT LES LOBES SECONDAIRES A UN NIVEAU DESIRE. ON OBTIENT AINSI UNE REPONSE FORTEMENT DIRECTIONNELLE QUI PRESENTE UN LOBE PRINCIPAL ET UN CERTAIN NOMBRE DE LOBES SECONDAIRES DE NIVEAU NOTABLEMENT INFERIEUR A CELUI DU LOBE PRINCIPAL. APPLICATION AUX SYSTEMES DE PRISE DE SON DANS UNE SALLE DE CONFERENCE.

Description

La présente invention concerne des réseaux de transducteurs

électriques destinés à l'énergie ondulatoire rayonnante, et en parti-

culier des réseaux directionnels de microphones pour des conférences

à plusieurs participants.

Lorsqu'un groupe de personnes désire entrer en conférence avec un autre groupe éloigné d'une certaine distance, une solution peut consister à organiser une téléconférence. Dans d'autres circonstances, il peut être souhaitable de diffuser un débat au moyen d'un système

de diffusion par hats-parleurs. Il s'est cependant posé pendant long-

temps le problème de réaliser des moyens appropriés pour obtenir de fzion également satisfaisante les signaux sonores provenant de tous les membres d'un groupe, tout en rejetant les signaux de bruit ambiant

dans la salle de conférence.

Une solution à ce problème consiste à placer plusieurs micro-

phones et hauts-parleurs répartis au plafondde la salle de conférence.

Une seconde solution consiste à faire porter à chaque personne qui parle un microphone placé en sautoir ou un microphone de revers. Une troisième solution consisterait à placer plusieurs microphones sur la table de conférence. Toutes les solutions ci-dessus produisent des

niveaux indésirables de bruit et d'écho.

En 1946, C.L. Dolph (Proceedings of the I.R.E. on Waves and Electrons, Vol. 34, N0 6, juin, 1946 pages 335-348) a suggéré la possibilité d'utiliser-un réseau de transducteurs pour résoudre ce

problème. Il a suggéré qu'en espaçant les microphones de façon équi-

distante et en réglant leurs sensibilités conformément aux coeffi-

cients des polynômes dTeohébycheff, il serait possible d'obtenir une réponse comportant-un lobe principal d'un niveau donné et plusieurs lobes secondaires pratiquement égaux de niveau inférieur. Le niveau de bruit qui est émis par le réseau de Dolph est inférieur à celui de toutes les solutions mentionnées précédemment. Cependant, du fait qu'on n'utilise que des-fractions des sensibilités-des microphones, le réseau produit une réponse ayant un rapport signal/bruit inférieur à ce qu'il serait si on utilisait la pleine sensibilité de chaque microphone. Il est souhaitable de disposer d'un réseau capable de produire le diagramme de réponse suggéré par Dolph, tout en utilisant

la pleine sensibilité de chaque microphone.

Conformément à un mode de réalisation de l'invention considéré à titre d'exemple, un réseau de transducteurs acoustiques, par exemple des hautsparleurs ou des microphones à électret omnidirectionnels,

sont disposés de façon colinéaire et par paires qui sont placées symé-

triquement et sélectivement par rapport à une ligne médiane du réseau.

Si on utilise un nombre impair de transducteurs acoustiques, l'un des transducteurs acoustiques est placé sur la ligne médiane du réseau et les autres sont placés symétriquement par paires de part et d'autre

de la ligne médiane.

Les écartements entre les éléments de microphone situés

de chaque côté de la ligne médiane du réseau ne sont pas uniformes.

En outre, dans les modes de réalisation préférés, on utilise la pleine

sensibilité de chaque microphone. Les différents éléments de micro-

phone sont branchés en parallèle et le signal combiné qui est produit par addition est amplifié et est émis vers un organe d'utilisation qui peut être un haut parleur, un émetteur dans un poste téléphonique, un magnétophone, ou un dispositif analogue. Les signaux de bruit qui sont captés par les microphones s' ajoutent de façon non cohérente tandis que les signaux de parole s'ajoutent en phase. Il en résulte que le réseau présente un rapport signal/bruit beaucoup plus élevé qu'un seul microphone ou que plusieurs microphones uniques placés

de façon arbitraire.

On obtient le diagramme de réponse le plus souhaitable, comprenant un lobe principal d'amplitude donnée et plusieurs lobes secondaires d'amplitude notablement inférieure,en choisissant les écartements de manière récursive en se basant sur les variations des critères de réponse. Dans un mode de réalisation de l'invention, les amplitudes des différents lobes secondaires sont pratiquement

égales. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les ampli-

tudes des lobes secondaires peuvent varier mais elles sont toujours inférieures à une amplitude désirée. En utilisant la technique des

critères de réponse, il est possible de définir la forme de l'enve-

loppe du diagramme de réponse correspondant aux lobes secondaires de façon à lui donner n'importe quelle forme arbitraire, et on peut

par exemple créer un zéro de réponse à l'emplacement d'un locuteur.

Dans un tel mode de réalisation comportant des lobes secondaires

dont le niveau présente des échelons, on fixe certains lobes secon-

daires à un niveau désiré et on laisse tes autres lobes secondaires

prendre leur niveau uniforme minimal.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description

qui va suivre de modes de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique général d'un système de conférence utilisant un réseau de microphones; la figure 2 est une représentation détaillée en vue de dessus

et de côté d'une moitié d'un réseau de microphones, montrant les écar-

tements des microphones dans le réseau conformément à l'invention; la figure 3 montre une disposition verticale du réseau de microphonesde la figure 2 dans une salle de conférence; la figure 4 montre une disposition horizontale du réseau de microphones de la figure 2 dans une salle de conférence; la figure 5 montre le diagramme de réponse angulaire d'un réseau de microphonescomprenant 28 éléments uniformément espacés et ayant des sensibilités égales, ce réseau ayant une longueur de 7 longueurs d'onde; la figure 6 montre le diagramme de réponse angulaire du

réseau à 28 éléments de la figure 5 après que tous les lobes secondai-

res ont été traités une fois et que les écartements des microphones ont été réglés de façon correspondante; la figure 7 montre le diagramme de réponse angulaire du réseau à 28 éléments de la figure 5 après plusieurs itérations des réglages d'écartement; la figure 8 montre le diagramme de réponse angulaire d'un réseau à 56 éléments, d'une longueur de 14 longueurs d'onde; la figure 9 montre le diagramme de réponse angulaire pour éléments dans un réseau d'une longueur de 25 longueurs d'onde; la figure 10 montre le diagramme de réponse angulaire,avec des lobes secondaires dont le niveau présente un échelon à 300,pour un réseau à 28 éléments, d'une longueur de 7 longueurs d'onde; et la figure 11 montre le diagramme de réponse angulaire, avec des lobes secondaires dont le niveau présente un échelon à SO5 pour

un réseau à 28 éléments, d'une longueur de 7 longueurs d'onde.

On va maintenant considérer plus particulièrement la figure 1 qui montre un schéma synoptique général d'éléments de microphone 20 qui sont branchés en parallèle par des conducteurs 21 à un circuit additionneur de signaux 22. Le circuit additionneur de signaux 22

peut être un réseau de combinaison comprenant un ou plusieurs amplifi-

cateurs opérationnels de gain unité et il fait simplement la somme de tous les signaux appliqués sur son entrée. Le signal de sortie de l'additionneur 22 est amplifié dans un amplificateur 29 et est appli-

qué par un conducteur 23 à une borne 11 d'un commutateur 24. Le commu-

tateur 24 comporte un doigt 12 qu'on peut utiliser pour connecter la borne 11 à une borne quelconque parmi un grand nombre de bornes, 13,

15...17. Dans le mode de réalisation qui est considéré à titre d'exem-

ple, un conducteur 14 connecte la borne 13 à un haut-parleur 25, un conducteur 16 connecte la borne 15 à un poste téléphonique 26 et par l'intermédiaire de ce dernier à une ligne téléphonique 27; et un conducteur 18 connecte la borne 17 à un magnétophone 28. En fonction

de l'application, on peut employer des filtres et des réseaux d'équili-

brage (non représentés sur la figure 1).

On voit sur la figure 2 un plan mécanique détaillé, en vue de

dessus et de côté, d'un réseau de microphones 30. Le réseau 30 com-

prend une structure de support mince et allongée, ou boîtier, 36, dans laquelle sont montés un certain nombre de microphones à électret 31,

33,35.. 37. Un premier microphone à électret 31 est placé à une dis-

tance D1 de la ligne médiane 32. Un second microphone à électret 33 est placé à une distance D2 de la ligne médiane 32. Un troisième microphone à électret 35 est placé à une distance D3 de la ligne

médiane 32. Plusieurs microphones supplémentaires, jusqu'au micro-

phone de rang n, 37, sont placés à diverses distances Di de la ligne médiane 32. Un nombre égal de microphones à électret (non représentés)

sont placés à des distances correspondantes D1i, D2 > D3... Dn de l'au-

tre côté de la ligne médiane 32 du réseau.

On peut calculer les distances Di en connaissant le nombre d'éléments à utiliser, la vitesse du son dans l'air, la longueur désirée du réseau et une fréquence nominale. Par exemple, la vitesse du son dans l'air est de 343,8 m/s à 21,10C et on peut choisir une fréquence nominale de 3500 Hz (gamme vocale). La longueur d'onde du son est alors donnée par (343, 8/3500)m ou 9,87 cm. Si 28 éléments sont nécessaires et si on choisit une valeur de 7 longueurs d'onde pour la longueur du réseau, la distance D14 entre le 14ème élément et le centre du réseau sera de 7 x 9,82 centimètres, c'est-à-dire 2 98 etmtecetàdr

34,37 cm.

Si on doit utiliser le réseau dans une configuration verticale, le boîtier doit être prolongé à une extrémité du réseau de façon à s'ajuster dans un socle (non représenté). On peut voir sur la figure 2 un tel prolongement 38. La figure 3 montre un réseau de microphones établi pour être utilisé dans la configuration verticale. Le réseau de microphones 41 est reçu dans un socle 42 et il repose sur une table 43. Le réseau 41 est conçu de façon que son centre 44 corresponde à la hauteur moyenne 40 des bouches des personnes qui parlent. Ceci fait en sorte que le lobe principal produit par le réseau de microphones capte efficacement les signaux vocaux désirés qui atteignent le réseau.On peut se représenter le lobe principal du diagramme de réponse sous la

forme d'un disque plein parallèle au plateau de la table. Pour assu-

rer une transmission du son exempte de bruit et d'écho, un haut-

parleur 49 devrait être placé directement au-dessus du réseau de

microphones, à l'endroit o la réponse des microphones est minimale.

Une hypothèse fondamentale dans la conception du réseau con-

siste dans l'utilisation des critères de conception dits de champ lointain. Ceci signifie qu'on suppose que les ondes acoustiques provenant des différentes sources sonores arrivent avec un front plan

et atteignent chaque microphone de façon égale. Les différents micro-

phones sont branchés en parallèle sur une sortie commune, de façon que

tous les signaux de sortie des microphones s'additionnent en phase.

Cependant, le bruit ambiant s'additionne de façon non cohérente. Si les ondes sonores arrivent sous un angle faible par rapport à la normale à l'axe du réseau, elles seront quelque peu atténuées. Cette atténuation augmentera rapidement jusqu'à un zéro effectif au bord du lobe de réponse principal, et elle demeurera supérieure à un niveau

d'atténuation constant élevé pour tous les autres angles d'incidence.

De ce fait, si on place un haut-parleur à une extrémité ou l'autre du

réseau, ce dernier transmet un signal sonore minimal provenant du haut-

parleur. La figure 3 montre également-un réseau de microphones 39,

en pointillés, monté sur un mur de façon que la ligne médiane du ré-

seau corresponde à la hauteur moyenne des bouches de personnes qui peuvent être assises ou debout. Cette autre configuration débarrasse la table de conférence du réseau de microphones et a moins tendance

à inhiber les utilisateurs.

La figure 4 montre une autre configuration du réseau de microphones. Dans cette configuration, un réseau de microphones 45 est suspendu à la hauteur du plafond de façon que l'axe 47 du réseau soit parallèle au plateau de la table de conférence 46 et que l'axe

47 du réseau 45 soit perpendiculaire à la longueur de la table de con-

férence 46. Une telle configuration est souhaitable lorsqu'on a besoin de la totalité du plateau de la table de conférence 46 pour d'autres

utilisations. Une configuration horizontale est également utile lors-

qu'un réseau long est nécessaire et que le centre du réseau long uti-

lisé dans la configuration verticale serait nettement plus haut que

la hauteur moyenne des bouches des personnes qui parlent.

Dans cette configuration horizontale, il doit nécessaire-

ment y avoir un compromis. Le lobe de réponse principal consiste dans ce cas en un disque placé perpendiculairement au plateau de la table de conférence 46. Ce lobe de réponse principal doit avoir une amplitude suffisamment grande pour capter les sources sonores qui correspondent à des personnes qui sont assises aux extrémités de la table de conférence 46. De plus, la largeur du faisceau doit être

suffisante pour capter les sources sonores correspondant à des per-

sonnes qui sont assises sur les côtés de la table de conférence 46.

On sait bien que plus le faisceau est large, plus il capte de bruit.

On sait également qu'en augmentant le nombre d'éléments du réseau, on peut réduire le bruit, on peut rendre la réponse plus directionnelle

et on peut réduire la largeur du faisceau. L'augmentation de la lon-

gueur du réseau produit donc à la fois une réponse plus direction-

nelle et une diminution du bruit.

Dans la configuration de la figure 4, les hauts-parleurs 48 doivent être placés aux extrémités opposées du réseau 45 (sur les murs). Cette disposition réduit au minimum la transmission par le

réseau du son provenant des hauts-parleurs.

On peut concevoir des réseaux acoustiques tels que ceux décrits ici en utilisant le procédé correspondant à la descente de

plus forte pente. A titre d'exemple, on décrira ce procédé en rela-

tion avec la conception d'un réseau à 28 éléments, d'une longueur de 7 longueurs d'onde, les éléments étant des microphones à électret d'égale sensibilité. Comme le montre la figure 5, sur laquelle on a porté en abscisse les angles en degrés à partir de la normale à la ligne médiane du réseau d'éléments et en ordonnée la réponse mesurée en dB par rapport à un niveau de référence arbitraire (ces coordonnées

sont également celles des figures 6 à 11), si l'ensemble des 28 élé-

ments sont également espacés et placés de façon colinéaire, le dia-

gramme de réponse comprend un lobe principal 50 et plusieurs lobes secondaires 51,53,etc... d'amplitude moindre. On peut voir que le plus grand lobe secondaire 51 n'est qu'à environ 13 dB au-dessous du lobe principal 50. De plus, le second lobe,secondaire et les autres ont des amplitudes variables. On sait parfaitement que ces lobes secondaires contribuent à la dégradation de la qualité du son transmis, à cause du bruit ambiant que captent ces lobes secondaires. Il est souhaitable de pouvoir réduire ou supprimer ces lobes secondaires. On sait également

que si on peut réduire les lobes secondaires à un niveau qui est con-

sidérablement inférieur à celui du lobe principal, on peut faire en

sorte que le son transmis soit pratiquement exempt de bruit.

Comme on l'a indiqué précédemment,C.L. Dolph a suggéré qu'il était possible de donner aux amplitudes des lobes secondaires

des valeurs notablement inférieures et égales en utilisant les coef-

ficients des polynômes de Tchébycheff paxrpondérer les signaux de sortie des éléments de microphone. Cependant, l'utilisation de cette technique nécessite de régler la sensibilité de chaque microphone, ce qui rend l'opération longue et mal commode. En outre, on n'utilise

pas la pleine sensibilité de chaque microphone.

Cependant, lorsqu'on utilise le procédé de la descente de plus forte pente pour régler les écartements des microphones, on utilise chaque microphone à sa pleine sensibilité. Pour obtenir des lobes secondaires d'amplitude pratiquement égale, on fait varier par paires les écartements des éléments de microphone par rapport au

centre du réseau.

Par exemple, pour un réseau à 28 éléments, ayant une longueur de 7 longueurs d'onde et une fréquence nominale de 3500 Hz, la première étape consiste à déterminer la longueur physique globale désirée pour le réseau, en partant de la longueur d'onde choisie. Ce

calcul a en fait été indiqué ci-dessus en relation avec la figure 2.

La figure 5 montre la réponse d'un réseau à écartement uniforme. On calcule cette réponse à partir de la formule de réponse en champ lointain R-1R- = A i cos (2irDisinJ) (1) i=1 Dans cette formule, J est l'angle que fait le son incident par rapport à la normale à l'axe du réseau; Ai est la sensibilité du microphone de rang i; R est la réponse du réseau sous un angle J quelconque; et Di est la distance de la paire de microphones de rang i, par rapport au centre du réseau. On peut réduire cette équation à R = N Zcos (2nD)sinJ) (2) N i1

lorsque tous les microphones ont des sensibilités pratiquement iden-

tiques, c'est-à-dire lorsque Z Ai = N. En considérant le diagramme de réponse angulaire de la figure , on voit que le premier lobe secondaire présente un maximum en 51. Le niveau maximal désiré pour tous les lobes secondaires est- très inférieur et est indiqué en 52. La procédure de conception a pour but de trouver les écartements entre les éléments qui réduiront au niveau 52 le maximum du premier lobe secondaire et de tous les autres. On peut parvenir à ceci en différentiant la réponse donnée par l'équation (2) au maximum du premier lobe secondaire, par rapport à la distance D., ce qui donne l'équation

Z)R - -2

BDl(2isinJ)sin(2ffD sinJ) (3) La variation a D. de la distance Di qui correspond au déplacement à apporter à chaque élément est proportionnelle à la dérivée partielle de la réponse R par rapport à la distance entre l'élément et le centre, c'est-à-dire: 6D. P p (4) en désignant par P la constante de proportionnalité. La variation de réponse A R est donnée par R a (5) D= i'

24723 26

On peut trouver la variation relative de la réponse en divisant cha-

que membre de l'équation (5) par R:

ÈIR _1 N/2 8R

R - - 1 F ADi. (6) En reportant dans l'équation (6) la valeur de Ä.- tirée de l'équation (3) et la valeur de A Di tirée de l'équation (4), et en simplifiant, on peut alors exprimer la valeur de la variation AR de la réponse sous la forme d'une fraction de la réponse R: A R =4P (2YsinJ)2 f sin2(21DisinJ). (7)

R RN 2

i=1 7

L'expression qui figure à droitedu signe de sommation dans l'équa-

tion (7) contient N/2 termes ayant chacun une valeur moyenne de 1/2, et on peut donc la remplacer par la valeur approchée N/4. On peut alors simplifier davantage l'équation (7): AR = P (2irsinJ)2. (8) Si on définit K conne étant égal à la valeur A-R qui donne le niveau désiré de lobes secondaires, on peut réécrire l'équation (8) de façon à avoir: p = KRN (9) (2 sinJ)2 On peut alors calculer la distance A DIi à partir des équations (3), (4) et (9): D. = - 2KR sin(2ItD.sinJ). (10) (2 irsinJ) 1 Après avoir déterminé A Di pour chacune des distances D1,D2, D3, D14, on règle les positions correspondantes des éléments de façon qu'elles correspondent à:(D1 - AD1), (D2+ QD2), (D3+ aD3), etc. On détermine maintenant la réponse qui correspond au maximum pour le second lobe secondaire 53. La variation relative de la réponse désirée est la différence entre le maximum 53 et le niveau désiré 52 pour les lobes secondaires. Pour parvenir à ce résultat, on utilise l'équation (10) comme précédemment pour

déterminer les nouvelles distances (D1- AD1), D2- AD2), (D3- fAD3),..

(D14 - D14) qui correspondent aux déplacements qu'il faut à nou-

veau donner aux éléments. On calcule les maximums du troisième lobe secondaire et de tous les autres lobes secondaires restants et on détermine les distances correspondantes (Di +à Di) pour les éléments de microphone. Cependant, après avoir réglé toutes ces distances pour chaque maximum, on trouve généralement que la longueur d'origine du réseau a été modifiée. Pour la longueur obtenue, la contrainte portant

sur la fréquence nominale (envisagée précédemment) n'est pas res-

pectée. Il est donc nécessaire de ramener la longueur du réseau à la longueur d'origine de façon à la faire correspondre à la fréquence na"inale. On doit donc modifier de façon proportionnelle la distance

de chaque élément par rapport au centre, afin que la longueur du ré-

seau corresponde à la longueur désirée.

Sur la figure 6, les positions modifiées 61 des éléments de microphone montrent les résultats qu'on obtient en appliquant la

formule récursive (10) et en traitant une fois tous les lobes secon-

daires. La figure 6 montre également que le premier lobe secondaire présente un maximum 62 qui est encore notablement plus élevé que le niveau désiré 52 pour les lobes secondaires. Ceci est également vrai pour le second lobe secondaire qui a un maximum 63 ainsi que pour

tous les autres lobes secondaires restants.

En répétant plusieurs fois le processus décrit ci-

dessus et en normalisant chaque fois la longueur du réseau, on obtient finalement un diagramme de réponse tel que celui qui est représenté sur la figure 7. La figure 7 montre les positions 71 pour les divers éléments de microphone. On peut voir que tous les lobes secondaires

ont été réduits à des amplitudes pratiquement égales, au niveau 52.

La figure 7 montre le niveau minimal 52 auquel les lobes secondaires peuvent être réduits en utilisant le procédé décrit. Le tableau 1 donne la liste des positions 71, en longueurs d'onde,pour les divers

éléments de microphone.

Tableau 1

D = 0,0677 D8 = 1,3881

D2 = 0,2260 Dg = 1,6663

D3 = - 0,4308 D0=+ 1,8687

D4 = - 0,6426 D=+ 2,0697

D5 = - 0,8231 D12= 2,5321

D6 = + 0,9767 D13 + 2,8251

D = - 1,1443 D 3,5000

7 1

La figure 8 montre les positions 81, en longueurs d'onde,

pour un réseau à 56 éléments, d'une longueur de 14 longueurs d'onde,.

conçu par la technique décrite. Les différentes lobes secondaires sont pratiquement égaux et leur niveau est considérablement inférieur à celui du lobe principal. Le tableau 2 donne la liste des positions

81 pour les transducteurs acoustiques.

Tableau 2

D1 = t 0,0823 Dl5 = +2,5108

D = + 0,2459 D16 = + 2,7117

D = + 0,4076 D = + 2,9257

D = - 0,5684 D = + 3,1493

D5 = - 0,7312 D = - 3,3772

D = t 0,8982 D = - 3,6155

D6 =- 1,0685 D20 = 3,8786

D8 = 1,2391 D22 = t 4,1651

D =- 1,4087 D23 = 4,4633

D9 = + 1,5798 D2 =+ 4,8000

D = - 1,7565 D25 = 5 2023

-D1= 1,9405 D26 = t 5,6453

D13= 2,1289 D2= 6,2611

D14= 2,3185 D28 7,0000

La figure 9 montre les positions 91 pour un réseau à 100 éléments, d'une longueur de 25 longueurs d'onde,. également conçu par la technique décrite. On peut voir sur cette figure que tous les lobes secondaires ne sont pas égaux. En fait, plusieurs des lobes secondaires situés au-delà de 250 sont notablement atténués. Un tel résultat est en fait souhaitable dans la mesure o il contribue, au lieu de nuire, à la réalisation de l'objectif consistant à réduire au minimum le son capté à partir de hautsparleurs situés à 90 . le tableau 3 donne la liste des positions 91, en longueurs d'onde,

pour les transducteurs acoustiques. -

-12

Tableau 3

Li = 3__0786 D14 = +2t1634

D2 = + 02360

D3,= - +03936

D4 +05516

D5 = +/O7100

D6 = +08689

D7 =.+1,0283

D8 = _:11882

Dg = +1,3488

D10 = + 1,5100

D = 3=: 6719

D12 = +1,8348

13)1=: 19985

D15 = +2,3296

D16 - +2 t4973

D17 = _+26668

D18' = +2t8381

D19 = +3,0114

D20 = +3t1866

D21 = _+3 3636

D22 = +35426

D23 = +3,7239

D24 3' +3,9079

D25 = +4;0950

D26 +4,2857

D27 = +4.4801

D28 = +4,6788

D29 = +4,8816

D30 =f5,0889 D31 _ +5t3006

D32 = +5,5172

D33.= +5 y7395

D34 = +5/9688

D35 = +6;2064

D36 = +6,4536

D37 = +6,7109

38 = +6,9783

D39= -+7t2564

D40 -=+7,5470

D41 = +718540

D42 =.8,1831

D43 = +85398

D44 = -+8,9274

D45 = +9.,3474

D46 = +9,8084

D47 = +10t 3423

D48 = +11.0091

D49 = 1 1 8083

D50 = 1 2j5000

La figure 10 montre les positions 101 pour un réseau à 28 élé-

ments d'une longueur de 7 longueurs d'onde, réalisé à l'aide de la technique décrite. On peut voir sur cette figure que le niveau des lobes secondaires présente un échelon à 30 . Au-dessous de 30 , les lobes secondaires sont pratiquement égaux et sont situés à - 39 dB (au-dessous

du lobe principal); au-dessus de 30 les lobes secondaires sont prati-

quement égaux et sont situés à- 25 dB (au-dessous du lobe principal).

On a choisi arbitrairement le niveau - 39 dB dans l'opération consistant à réduire les lobes secondaires au-dessous de 30 . On peut laisser les autres lobes secondaires atteindre leur propre niveau minimal de façon que ces lobes secondaires soient uniformes. Une telle réponse est utile pour atténuer les signaux sonores, venant par exemple d'un haut-parleur, qui atteignent le réseau sous un angle compris entre 30 et le premier

zéro. On peut avantageusement placer un haut-parleur dans cet angle -

dans une configuration de conférence, pour minimiser l'interaction entre le son émis par le haut-parleur et les éléments de microphone. Bien qu'on ait représenté une valeur de 30 pour l'angle auquel le niveau

des lobes secondaires présente un échelon, on peut choisir d'autres an-

gles en fonction de l'utilisation. Le tableau 4 donne la liste des

positions 101, en longueurs d'onde, pour les transducteurs acoustiques.

2472 32 6

D1. +.00850

D2 = +0 25.14

D3 cc +0 4097 D4 = +.0t5689

D5 - +0,7476

D6 = +,t9491

D7 = +1,1513

*Tableau 4

D9 D10 D1 D1 2

- D13

D14

- +1,_3413

= 1 f5385 = +1 t8412

= +20280

= +2 3379

= +2 7751

= +3,5000

La figure 11 montre les positions 111 pour un réseau à 28 éléments, d'une longueur de 7 longueurs d'onde, réalisé à l'aide de la technique décrite. Le diagramme de réponse angulaire qui est

représenté présente des échelons dans le niveau des lobes secondai-

res. Au-dessus de 60 , les lobes secondaires ont été fixés à des niveaux pratiquement égaux et situés à - 40 dB (au-dessous du lobe principal). Audessous de 60 , les lobes secondaires ont été fixés à des niveaux pratiquement égaux et situés à - 27 dB (au-dessous du lobe principal). Avec cette conception, les lobes secondaires à - 27 dB ne sont pas nécessairement à leur niveau minimal; dans un autre mode de réalisation,on peut les laisser atteindre leur minimum. Une telle réponse angulaire présentant des échelons est utile pour atténuer des

sources sonores incidentes qui font un angle supérieur à 60 par rap-

port à la normale au réseau. Une telle configuration peut être utile

pour atténuer davantage les signaux de haut-parleur envisagés précé-

demment en relation avec la figure 7. Le tableau 5 donne la liste des

positions 111 pour les transducteurs acoustiques de la figure 11.

D1 a=.+0,0804

D2 +O,2580

D3 +0O,4 601

D4 = +0,6579

D5 = +_0O8372

D6 = +1 0129

D7 a 1 12205

Tableau 5

D8 - = l,4691

D9 = +1,7076

a +1 f9268 Dl, = +211 986

D12 -+2 25974

D13 - +29 634

D14 = +3;5 000

En utilisant la technique décrite, on peut faire varier les écartements entre les transducteurs acoustiques pour produire des réponses ayant des enveloppes des lobes secondaires différentes de celles décrites ci-dessus. Une telle enveloppe peut consister en une ligne droite avec une pente positive ou négative. Les principes indiqués s'appliquent également à des réseaux

colinéaires de transducteurs acoustiques qui sont uniformément espa-

cés avec des sensibilités différentes (non représentés). On obtient les sensibilités différentes en pondérant de façon électronique les transducteurs acoustiques. Alors que le procédé de Dolph, mentionné précédemment, produit des lobes secondaires qui sont pratiquement égaux, la technique indiquée dans l'invention peut être utilisée pour produire des enveloppes arbitraires de lobes secondaires, comme par

exemple des lobes secondaires dont l'enveloppe présente des échelons.

De tels lobes secondaires à échelons ont été envisagés en relation

avec les figures 10 et 11.

Les principes indiqués précédemment s'appliquent en outre également à des réseaux colinéaires de transducteurs acoustiques qui

combinent la variation des distances entre les transducteurs acousti-

ques et la variation des sensibilités des transducteurs acoustiques (ceci n'est pas représenté). On peut utiliser une telle technique combinée pour réduire le niveau des lobes secondaires plus fortement

que le permettrait chaque technique employée séparément.

Bien qu'on ait décrit un réseau colinéaire, on peut facile-

ment réaliser plusieurs autres configurations pour produire les mêmes résultats souhaitables. On va maintenant indiquer quelques-unes de ces configurations (non représentées). On peut utiliser le procédé de la descente de plus forte pente pour déterminer les positions des éléments de microphone dans une configuration comprenant deux réseaux de microphones perpendiculaires, de façon à produire un diagramme

de réponse pratiquement identique à celui d'un réseau carré, c'est-à-

dire un faisceau étroit. Un autre mode de réalisation consiste en réseaux cylindriques. On peut se représenter des réseaux cylindriques comme étant des réseaux formés par des microphones logés dans des cavités le long d'un arc de la circonférence d'un cylindre, creux ou plein, avec plusieurs couches de ce type parallèles aux extrémités du cylindre. Les couches parallèles sont plus proches les unes des autres que les extrémités du cylindre. La réponse d'un tel réseau consiste en un faisceau directionnel qui est limité en largeur, aussi bien horizontalement que verticalement. Un tel réseau peut être appliqué aux systèmes sonores sous-marins, du fait qu'il utilise les pleines sensibilités des microphones, ce qui élimine le procédé

ancien et malcommode consistant à régler les sensibilités des micro-

phones individuels.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre

de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Réseau formé par un ensemble de transducteurs constitués

par des microphones et comprenant des éléments disposés de façon co-

linéaire, caractérisé en ce que l'écartement entre les paires adja-

centes (31-33, 33-35) d'éléments n'est pas uniforme.

2. Réseau selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments (31-37) du réseau (30) sont éloignés de manière symétrique

par rapport à la ligne médiane du réseau.

3. Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de support (36) et des moyens permettant de monter les éléments de microphone (31-37) dans la structure (36) pour

supporter les microphones.

4. Réseau selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un

haut-parleur (40) est placé de façon colinéaire par rapport aux élé-

ments de microphone (41), à une distance de la ligne médiane (44)

supérieure à celle d'un élément quelconque.

5. Réseau selon la revendication 3, caractérisé en ce que la

structure (41) se supporte par elle-même (42).

6. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que la structure (39) peut être montée sur un mur.

7. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce qu'il comporte des moyens destinés à suspendre la

structure (45) à un plafond, parallèlement à ce plafond.

8. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,

caractérisé en ce que les éléments (31-37) consistent en microphones

à électret omnidirectionnels.

9. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,

caractérisé en ce que les écartements produisent un diagramme de réponse qui comporte un lobe principal d'amplitude donnée et plusieurs

lobes secondaires ayant une enveloppe choisie à l'avance et des ampli-

tudes inférieures.

10. Réseau la revendication 9, caractérisé en ce que les sensibilités des éléments de microphone sont choisies de façon à

réduire les amplitudes des lobes secondaires.

11. Réseau selon l'une quelconque des revendications 9 ou

, caractérisé en ce qu'un haut-parleur est placé à une position

à laquelle un lobe secondaire présente une amplitude moindre.

12. Réseau selon l'une quelconque des revendications 2 à 10,

caractérisé en ce que les distances des transducteurs par rapport à la ligne médiane du réseau sont déterminées par les formules suivantes: R = 2 ZAicos(2 DisinJ), Ai 1 R = P (2 rsinJ)2, Ai ELAi

P = KR - 2

(2 rsinJ) D.= - 2KR sin(2TD sinJ), (2 rsinJ) i et D'i = Di ADi i i i dans lesquelles: R = réponse du réseau Ai= sensibilité du transducteur de rang i de l'ensemble de transducteurs, Di=distance initiale de la paire de transducteurs de rang i par rapport au centre du réseau, J = angle entre le son incident-et la normale au réseau, AR = variation désirée de la réponse, P =constante de proportionnalité, K = - R, variation relative désirée de la réponse, D'i=distance finale de la paire de rang i par rapport au

centre du réseau.

13. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8

comprenant 28 microphones ayant des sensibilités pratiquement égales, caractérisé en ce que les paires de microphones sont situées de façon symétrique par rapport à une ligne médiane de la configuration, et

les distances en longueurs d'onde entre la ligne médiane et les mem-

bres de chaque paire sont données par:

= +0,0677, D2 = + 02260, D3

= +0,8231, D6 = +0X9767, D7

= +1,6663, DO10 = +1,8687, D11

= +28251, et D4 = 3,5000.

= +0;4308, D4

= +1,1443, D8

= +2%0697, D12

+016426,

= ,13881,

= +2>5321,

14. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,

comprenant 56 microphones ayant des sensibilités pratiquement égales,

caractérisé en ce que les paires de microphones sont placées symétri-

quement par rapport à une ligne médiane de la configuration et les

distances en longueursd'onde entre la ligne médiane et chaque mem-

bre des paires sont données par:

D1 = +0,0823, D2

D5 = +017312, D6

D 9 = +1>4087, Do10

D13 = +2,1289, D14

D17 = +2)9257, D18

D21 = +3;8786, D22

D25 = +5)2023, D26

D28 = +7,0000.

= +0 2459,

= +0>8982,

= +1,5798,

= +2j3185,

= +3)1493,

= +431651,

= +56453,

D3 D7 Dl D15 Dj9 D23 D27

= +014076,

= +1,0685,

= +1,7565,

= +2;5108,

= 313772,

= +414633,

= +6;2611,

D4 D8 D12 D16 D20 D24 et

= 0,5684,

= +12391,

= +1,9405,

= +2>7117,

= +336155,

= +458000,

15. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,

comprenant 100 microphones ayant des sensibilités pratiquement égales,

caractérisé en ce que les paires de microphones sont placées symétri-

quement par rapport à une ligne médiane de la configuration et les

distances en longueurs d'onde, entre la ligne médiane et chaque mem-

bre des paires sont données par: D1 D5 D 9 D13

D1 = +0J0786,

= +057100,

= +1,3488,

= +1>9985,

= +2)6668,

= +3,3636,

= +4)0950,

= +4)8816,

= +5;7395,

= +6>7109,

= +7,8540,

= +9}3474,

D6 D10o D14 D18 D22 D26 D30 D34 D38 D42 D46

= +0,2360,

= +0;8689,

= +135100,

= +2)1634,

= +2;8381,

= +3,5426,

= +4,2857,

= +5,0889,

= +5,9688,

= +6,9783,

= +811831,

= +9,8084,

D3 D7 Dll D15 Dlg D23 D27 D31 D35 D39 D43 D47 D48 = +11,0091, D49 = +11, 8083, et

D50 = +12,5000.

= +0;3936,

= +1 0283,

= +1y6719,

= +2,3296,

= +3;0114,

= +3,7239,

= +414801,

= +5,3006,

= +652064,

= +7,2564,

= +8;5398,

D4 D8 D12 D16 D20 D24 D28 D32 D36 D40 D44

= +0;5516,

= +1t.1882,

= +1)8348,

= +2,4973,

= +3)1866,

= +319079,

= +4,6788,

= +5,5172,

= +6,4536,

= +7,5470,

= +8y9274,

+10J3423,

16. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9

comprenant 28 microphones ayant des sensibilités pratiquement égales,

caractérisé en ce que les paires de microphones sont placées symétri-

quement par rapport à une ligne médiane de la configuration et les distances, en longueurs d'onde, entre la ligne médiane et les membres de chaque paire sont données par:

D1 = +0;0850, D2 = +0 2514,

D5 = +0,7476, D6 = +019491,

D9 = +1 5385, DO10 = +1;8412,

D13 = +217751, D14 = +3;5000.

D3 = +0;4097,

D7 = +1)1513,

Dll = +2)0280,

D4 = +0;5689,

D8 = +1>3413,

D12 = +253379,

17. Réseau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,

comprenant 28 microphones ayant des sensibilités pratiquement égales,

caractérisé en ce que les paires de microphones sont placées symétri-

quement par rapport à une ligne médiane de la configuration et les distances, en longueurs d'onde, entre la ligne médiane et les membres de chaque paire sont données par: D1 = +0>0804, D2 = +0;2580, D3 = +004601, D4 = +0tO6579,

D5 = +098372, D6 = +1 0129, D7 = +1 2205, D8 = +134691,

D9 = +1,7076, Do10 = +1j9268, D11 = +2,1986, D12 = +2,5974,

D13 = +2;9634, D14 = +3,5000.

D5 Dg D13 D17 D21 D25 D29 D33 D37 D41 D45 =