FR2702918A1 - Appareil de prise et de restitution de son, et son application à l'audio-conférence. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de prise et de restitution de son (Aac). Selon l'invention l'appareil (Aac), de structure de révolution centrée sur un axe (D), comprend un support (1), un dispositif de prise de son (2) et un dispositif de restitution de son (3), face en regard du dispositif de prise de son est dotée d'une forme convexe ou plane (cône de révolution). Le dispositif de restitution de son (3) est inscrit à l'intérieur d'un cône de révolution (B' C A') d'axe confondu avec l'axe de symétrie (D) et est directement fixé au support (1). Application à l'audio-conférence.

Description

La présente invention concerne un appareil de prise et de restitution de son.

La présente invention a une application principale dans le domaine de l'audio-conférence, dans lequel un dispositif de prise et de restitution de son est compris dans un ensemble unique de dimensions relativement faibles. Cet ensemble doit pouvoir être posé facilement sur une table et fonctionner dans une salle quelconque sans nécessité d'un traitement acoustique de ces locaux. On souhaite qu'il soit utilisable par une personne ayant une grande liberté de mouvement dans un rayon d'au moins 4 m autour du dispositif tout en continuant la conversation avec son interlocuteur dans des conditions de confort d'écoute normales pour les deux interlocuteurs.

De préférence, il peut aussi être utilisé par un nombre quelconque de personnes réunies dans un même local et réparties autour du meuble sur lequel est posé le dispositif. Pour obtenir ces résultats, quatre conditions sont recherchées:
1. Le dispositif doit être associé à deux régulateurs automatiques de niveau qui assurent l'envoi en ligne d'un signal de niveau correct quelle que soit la puissance acoustique recueillie par le(s) microphone(s) du dispositif en fonction de la position du(des) locuteur(s) par rapport à ce(s) microphone(s) et l'envoi vers le(s) hauts-parleur(s) d'un signal de niveau correct quel que soit l'affaiblissement apporté par la ligne.

2. Le son restitué par le(s) hauts-parleur(s) doit être perçu avec suffisamment de confort d'écoute indépendamment de la position occupée par 1' (les)auditeur(s) dans le local.

3. Le son recueilli par le(s) microphone(s) doit garder des qualités de clarté, de netteté et d'agrément d'écoute suffisamment stables quelle que soit la position du(des) locuteur(s) par rapport au dispositif et quelle que soit la configuration du local.

4. Le dispositif doit présenter un bon découplage acoustique entre le(s) hauts-parleur(s) et le(s) microphone(s) de manière à pouvoir assurer une écoute d'un niveau sonore suffisamment élevé sans provoquer d'effet
LARSEN, mais aussi pour renvoyer le moins possible d'écho acoustique vers l'interlocuteur distant.

On connaît actuellement des dispositifs opérationnels satisfaisant la condition 1.

Il existe également des dispositifs qui privilégient la condition 4 en utilisant un microphone unique et quatre haut-parleurs orientés selon quatre directions espacées d'un angle de n/2 radians les unes des autres, et attaqués en opposition de phase deux par deux.

Ce procédé permet effectivement d'obtenir un couplage faible car le microphone est placé en un point qui est un centre de symétrie par rapport aux haut-parleurs. Comme ces derniers sont attaqués en opposition de phase deux par deux, et à condition qu'ils aient des caractéristiques identiques, le son en provenance des haut-parleurs recueilli par le microphone sera très faible et donc le découplage sera très bon.

Mais ce type de dispositif remplit mal les conditions 2 (à cause des déphasages de n radians entre haut-parleurs, le diagramme de rayonnement de l'ensemble à haut-parleurs ne sera pas circulaire dans le plan horizontal et dépendra notablement des fréquences émises) et 3 (car le microphone capte indifféremment les sons directs et les sons réfléchis indirects, ce qui entraîne que la qualité du son capté par le microphone dépend trop largement de la position du locuteur dans le local et de la configuration de ce local).

Dans une demande de brevet français nO 9112125 déposée le 2 octobre 1991, la Demanderesse a proposé un procédé et un appareil de prise de son dont le but principal est de donner lieu à une faible sensibilité aux sons parvenant selon une direction prédéterminée.

Un autre but de l'invention objet de cette demande de brevet est que, dans un plan perpendiculaire à la direction prédéterminée, on obtienne une sensibilité variant relativement peu en fonction de la direction d'où proviennent les sons et en fonction des composantes fréquencielles de ces sons.

Dans le cadre de l'utilisation préférée quoique non limitative de l'invention, objet de cette demande de brevet, à un dispositif d'audio-conférence à prise et restitution de son, la réalisation du but ci-dessus permet alors, en orientant un ou plusieurs haut-parleurs selon ladite direction prédéterminée, de satisfaire pleinement la condition 3 ci-dessus, tout en satisfaisant les conditions 1, 2 et 4 au moins aussi bien que les dispositifs de la technique antérieure.

L'invention objet de ladite demande de brevet français propose ainsi un procédé de prise de son utilisant plusieurs dispositifs de réception de son, selon lequel on dispose les dispositifs de réception de son sensiblement dans un même plan et on les répartit de façon symétrique par rapport à une direction de symétrie perpendiculaire à ce plan, on applique un déphasage entre les signaux issus respectivement de différents dispositifs de réception de son et on additionne les signaux ainsi déphasés, de façon à annuler sensiblement les signaux relatifs à toute onde sonore parvenant en phase et avec la même intensité sur chacun des dispositifs de réception de son.

Grâce à la disposition symétrique des dispositifs de réception de son, les sons incidents suivant la direction de symétrie leur parviennent en phase et avec la même intensité. Par conséquent, du fait des déphasages appliqués et de l'addition des signaux déphasés, ces sons incidents selon la direction de symétrie sont sensiblement éliminés après le traitement. En revanche, les sons incidents perpendiculairement à la direction de symétrie parviennent aux différents dispositifs de réception avec des différences de phase et/ou d'amplitude entre ces dispositifs. Ces sons sont donc conservés et correctement pris en compte.

Selon une version préférée du procédé de cette invention , on utilise un nombre pair de dispositifs de réception de son qu'on associe par paires, les dispositifs de réception de son de chaque paire étant disposés symétriquement par rapport à la direction de symétrie, et on soustrait l'un de l'autre les signaux issus respectivement des dispositifs de réception de son de chaque paire pour les additionner avec un déphasage de 2 n radians entre eux.

Ainsi, les sons incidents suivant la direction de symétrie, ainsi que divers parasites peuvent être éliminés de manière efficace par une simple soustraction des signaux issus respectivement des dispositifs de réception de chaque paire. Cette soustraction peut avantageusement être effectuée conjointement à une préamplification au moyen d'un préamplificateur différentiel relié à la sortie des dispositifs de réception de chaque paire.

De façon préférée, dans le procédé ci-dessus, on utilise 2n dispositifs de réception de son associés par paires et disposés à intervalles réguliers le long d'une circonférence centrée sur la direction de symétrie, n désignant un nombre entier au moins égal à deux, et on applique un déphasage de 2 n radians/2n entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques. Ces particularités permettent d'obtenir un diagramme de rayonnement régulier dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie. En principe, plus le nombre n de paires de dispositifs de réception de son est élevé, plus le diagramme de rayonnement dans le plan perpendiculaire à la direction de symétrie est homogène. En pratique, on constate qu'avec deux paires de dispositifs de réception, on peut obtenir un excellent compromis entre cette homogénéité et le coût des composants utilisés.

La demande de brevet précitée a également pour second objet un système de prise de son conforme audit procédé.

Suivant un troisième objet, l'invention objet de cette demande de brevet propose un appareil de prise et de restitution de son comprenant au moins un haut-parleur orienté suivant une direction de symétrie et des moyens de prise de son, dans lequel les moyens de prise de son comprennent un système conforme au second objet de l'invention, avec la direction de symétrie du système identique à la direction d'orientation du haut-parleur.

Cet appareil est utilisable pour des audioconférences et remplit de façon très satisfaisante les critères 1 à 4 énumérés au début de la présente description et donc satisfait aux buts fixés. La figure 1, qui sera détaillée ultérieurement, représente un tel appareil.

Il comprend trois parties principales un socle 1 présentant une surface plane 20, un dispositif de prise de son 2 (microphones) et un dispositif de restitution de son 3 (haut-parleur).

L'expérience a montré cependant qu'il était difficile de maftriser et de minimiser de manière reproductible le couplage mécanique entre les dispositifs de prise de son 2 et de restitution de son 3, dans la configuration de l'appareil conforme à la demande précitée.

D'autre part, l'expérience a permis de constater également dans certaines conditions d'utilisation des irrégularités dans la courbe de réponse en amplitude fonction de la fréquence de la prise de son.

L'invention se fixe pour but, tout en conservant les avantages du dispositif de la demande de brevet français précitée r de pallier ces inconvénients.

Pour ce faire, l'invention prévoit de fixer le dispositif de restitution de son directement sur la surface plane dudit socle et de doter la partie du dispositif de restitution de son vue du dispositif de prise de son d'une forme appropriée, c'est-à-dire une forme telle que son intersection avec un plan horizontal quelconque la traversant soit un cercle.

Dans une variante préférée, il s'agit d'une forme convexe comprise entre deux formes limites: un cône et une demi-sphère.

Toujours dans une variante préférée, le dispositif de restitution de son est fixé sur le socle par l'intermédiaire d'entretoise de faibles dimensions.

Avantageusement, on dispose quatre entretoises, régulièrement espacées de n/4 radians.

L'invention a donc pour objet un appareil de prise et de restitution de son d'au moins une source sonore, destiné à être posé sur un plan de travail, du type comprenant un support muni d'une surface plane, un dispositif de prise de son disposé sur cette surface plane et un dispositif de restitution de son, lesdits dispositifs de prise et de restitution de son étant disposés l'un par rapport à l'autre de manière à présenter une structure de symétrie autour d'un axe de symétrie orthogonal à ladite surface plane, caractérisé en ce que le dispositif de restitution de son est fixé directement sur ladite surface plane; en ce que le dispositif de restitution s'inscrit à l'intérieur d'un cône de révolution d'axe confondu avec ledit axe de symétrie; ce cône étant obtenu en traçant un segment de droite entre un premier point distant d'une première longueur déterminée dudit axe de symétrie et d'une hauteur déterminée dudit plan de travail et un second point situé sur ladite surface plane et distant dudit axe de symétrie d'une seconde distance déterminée, le segment de droite coupant ledit axe de symétrie au sommet du cône, et en faisant tourner ce segment de droite d'un angle de révolution égal à 2 n radians; et en ce que la surface dudit dispositif de restitution de son en regard dudit dispositif de prise de son est dotée d'une forme comprise entre une demi-sphère et un cône.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en regard des figures annexées et parmi lesquelles:
- la figure 1 représente une vue en coupe axiale d'un appareil conforme à la demande de brevet français nO 9112125;
- la figure 2 représente une vue en coupe d'une partie de l'appareil représenté à la figure 1, prise selon le plan II-II indiqué sur la figure 1;
- la figure 3 représente un schéma d'ensemble des moyens de traitement des sons captés par les microphones de l'appareil des figures 1 et 2;
- la figure 4 est un schéma explicitant la recommandation P34 du CCITT;;
- la figure 5 est un exemple de courbe de réponse en amplitude en fonction de la fréquence pour des dispositifs de prise de son conformes à la demande de brevet précité et à l'invention r respectivement;
- la figure 6 illustre schématiquement un exemple de réalisation d'un appareil selon l'invention;
- les figures 7 et 8 illustrent schématiquement deux variantes de réalisation d'un dispositif de restitution de son incorporé dans un appareil conforme à l'invention;
- la figure 9 illustre des dispositions spécifiques à l'invention.

On va tout d'abord rappeler les principales caractéristiques du dispositif objet de la demande précitée, ce dans la mesure où elles ont une incidence sur la présente invention.

On va se référer aux figures 1 et 2. L'appareil illustré sur ces figures comporte un boîtier 1, un corps ou dispositif de prise de son 2 dans lequel sont logés plusieurs dispositifs de réception de son M1, M2, M3, M4, et un dispositif de restitution de son ou élément 3 dans lequel est monté un haut-parleur 4. Le corps 2 et l'élément 3 ont une forme générale de révolution autour d'une direction de symétrie D. L'élément 3 est monté sur le corps 2 qui est lui-même monté sur le boîtier 1. Des matériaux isolants phoniquement, et/ou amortissants mécaniquement tels que 5, peuvent être interposés entre l'élément 3 et le corps 2, ou encore entre le corps 2 et la partie supérieure du boîtier 1.De façon générale, l'appareil a une structure symétrique autour de la direction D pour minimiser l'effet des vibrations mécaniques qui peuvent affecter les signaux produits par les microphones M1, M2, M3, M4.

Le boîtier 1 est muni à sa partie inférieure de pieds 6 en caoutchouc ou analogue pour poser l'appareil sur une surface horizontale telle qu'une table. La direction de symétrie D est alors verticale, ce qui est le cas général.

Des circuits électriques 7, 8 sont montés à l'intérieur du boîtier 1. Ces circuits peuvent être raccordés comme indiqué schématiquement, en 9, 10 à la figure 1, à un système d'audio-conférence extérieur non représenté avec lequel fonctionne l'appareil selon l'invention. Ces circuits comprennent un circuit d'amplification 7 qui reçoit des signaux issus du système d'audio-conférence et les adresse sous forme amplifiée au haut-parleur 4 pour que celui-ci émette les sons correspondants, et des moyens de traitement 8 pour traiter les signaux issus des dispositifs élémentaires de réception de son Ml, m2, M3, M4, et les adresse après traitement au système d'audio-conférence.De façon connue, le circuit d'amplification 7 peut inclure, pour augmenter le confort d'écoute, une cellule électronique de correction de la courbe de réponse du hautparleur 4, notamment pour renforcer les fréquences graves et supprimer d'éventuelles résonances ou anti-résonances.

En outre, des moyens classiques d'annulation d'écho sont généralement montés entre les circuits 7 et 8.

Dans l'exemple représenté, il y a quatre dispositifs élémentaires de réception de son, constitués chacun par un microphone unique Ml, M2, M3, M4. Ces quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont tous disposés dans un même plan horizontal P perpendiculaire à la direction de symétrie D.

Comme on le voit à la figure 2, les quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont répartis symétriquement par rapport à la direction de symétrie D, qui est perpendiculaire au plan de la figure 2. Ces quatre microphones sont situés sur une circonférence 13 parallèle au P et centrée sur la direction de symétrie D. Ces quatre microphones sont associés par paires, respectivement M1, M3 et M2, M4, les microphones de chaque paire étant disposés symétriquement par rapport à la direction de symétrie D, et les deux paires de microphones étant disposées suivant deux lignes radiales 14, 15 formant entre elles un angle droit.

Chacun des microphones M1, M2, M3, M4 est logé dans une cavité respective 12 usinée dans le corps 2. Ce corps 2 est métallique, par exemple en laiton. Il est traversé par un alésage axial 16 suivant la direction de symétrie D, et il comporte en outre quatre alésages radiaux 17, s'étendant chacun entre l'alésage axial 16 et l'une des quatre cavités 12. L'alésage axial 16 sert au passage des fils de raccordement (non représentés) du haut-parleur 4 au circuit d'amplification 7, avec un alésage correspondant 18 prévu à la base de l'élément 3. L'alésage axial 16 et les quatre alésages radiaux 17 servent au passage des fils de raccordement (non représentés) des microphones M1, M2, M3,
M4, aux moyens de traitement 8 situés dans le boîtier 1.

Les quatre microphones M1, M2, M3, M4 sont avantageusement du type à condensateur, et ont une petite dimension (par exemple une forme cylindrique de diamètre 6 mm, et de hauteur 4,5 mm). On sait que, pour une série de fabrication donnée, de tels microphones présentent sensiblement la même courbe de réponse, avec un décalage entre elles ne dépassant pas 3 à 4 décibels. Pour la réalisation de l'appareil, on peut donc facilement trier quatre microphones ayant des courbes de réponse identiques à une tolérance prédéterminée près (par exemple 0,5 décibel).

Le corps 2 est monté sur une plaque métallique plane 20, parallèle au plan P des microphones et constituant la face supérieure du boîtier 1. Le corps cylindrique 2 comporte un prolongement cylindrique axial 21, de plus petit diamètre qui s'appuie sur cette plaque plane 20 et qui définit un écartement 22 entre la plaque plane 20 et la surface 23 du corps 2 qui est parallèle au plan P, et sur laquelle débouchent les cavités usinées 12.

Le prolongement 21 du corps 2 fournit une certaine isolation acoustique entre les microphones Ml, M2, M3, M4 vis-à-vis des sons parvenant dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D. Comme on le voit à la figure 1, les cavités 12 ont une hauteur axiale supérieure à la hauteur des cylindres des microphones M1, M2, M3, M4, et ces derniers sont enfoncés dans leurs cavités respectives 12 de façon à laisser un intervalle 24 entre le côté de chaque microphone faisant face à la plaque 20 et la surface 23 définissant le bord des cavités 12.

A l'arrière du microphone M1, M2, M3, M4, chaque cavité 12 se prolonge en une partie 25 de diamètre plus faible qui définit un épaulement contre lequel s'appuie la face arrière du microphone, et dans laquelle débouche l'alésage radial 17, donnant ainsi un espace pour les fils de raccordement non représentés.

L'élément 3 monté au-dessus du corps 2 forme une caisse de résonance pour le haut-parleur 4. Le haut-parleur 4 est monté dans l'élément 3 sur la direction de symétrie
D, et orienté suivant cette direction de symétrie D, à l'opposé du plan P où sont situés les microphones M1, M2,
M3, M4. Ceci signifie que la membrane 29 du haut-parleur 4, qui a une forme de révolution autour d'un axe, est disposée dans l'élément 3 de façon que cet axe coïncide avec la direction de symétrie D de l'appareil, le bord extérieur 30 de cette membrane 29 étant situé dans un plan perpendiculaire à la direction de symétrie D. Pour une application à l'audio-conférence, ce bord extérieur 30 de la membrane 29 se situe typiquement entre 100 et 150 mm audessus de la surface horizontale sur laquelle est posé l'appareil.Une grille de protection 32 est montée à la partie supérieure de l'élément 3 pour protéger la membrane 29 du haut-parleur 4.

La surface périphérique extérieure 33 de l'élément 3 présente une courbure concave et se raccorde tangentiellement à la surface périphérique extérieure du corps 2, cette surface périphérique extérieure du corps 2 étant un cylindre défini par des génératrices sensiblement parallèles à la direction de symétrie D.

Au lieu de quatre microphones, on peut utiliser un nombre de microphones n supérieur à deux, toujours disposés à intervalles réguliers, sur une circonférence centrée par rapport à ladite direction de symétrie D.

Dans une variante particulière de réalisation (non illustrée), chaque dispositif élémentaire de réception est composé de plusieurs microphones et non pas d'un microphone unique comme représenté sur la figure 2 (respectivement les microphones M1 à M4). Les signaux de sortie de ces microphones sont additionnés en phase.

Dans une variante de réalisation préférée, on utilise des dispositifs élémentaires de réception de son en nombre pair, soit m = 2 n, avec m supérieur à trois.

Ladite demande de brevet français prévoit aussi des moyens de traitement de signaux issus des dispositifs de réception de son agencés pour appliquer un déphasage égal à 2 n radians/n (ou 2 n radians/m dans la dernière variante de réalisation précitée) entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception de son adjacents quelconques et pour additionner les signaux ainsi déphasés de façon à obtenir une réception sensiblement uniforme et non affaiblie de signaux relatifs aux composantes parallèles au plan P, quelle que soit la direction des ondes, et une réception sensiblement nulle des signaux relatifs aux composantes parallèles à la droite de symétrie D des ondes acoustiques captées.

De façon pratique, on utilise des amplificateurs différentiels et des déphaseurs en cascade pour réaliser ces fonctions.

La figure 3 représente schématiquement un exemple de réalisation des moyens de traitement 8 des signaux issus des microphones Ml, M2, M3, M4. Ces moyens de traitement comprennent d'une part deux préamplificateurs différentiels
A13, A24 d'entrées El à E4, fournissant les signaux respectifs S13 et S14, et deux canaux déphaseurs D13, D24 pour appliquer un déphasage entre les signaux issus respectivement de différents microphones de sorties SD13 et SD14, et d'autre part un circuit additionneur 40 prévu pour faire la somme des signaux déphasés issus des canaux déphaseurs D13, D24. A la sortie ST du circuit additionneur 40 est monté un circuit 41 qui met en forme les signaux en vue de leur transmission vers le système d'audio-conférence extérieur (non représenté) et fournit un signal de sortie
VS. Conformément à l'invention, les déphasages appliqués et l'addition effectuée sont tels que les signaux relatifs à toute onde sonore parvenant en phase et avec la même intensité sur chacun des microphones M1, M2, M3, M4 soient sensiblement annulés en sortie du circuit additionneur 40.

En particulier, lorsque l'appareil est posé horizontalement sur une table, les sons émis par le haut-parleur 4 et réfléchis par le plafond horizontal situé au-dessus de l'appareil parviennent vers les quatre microphones selon la direction de symétrie D et présentent, compte tenu de la disposition symétrique des microphones, une phase et une intensité identiques sur chacun des microphones. Par conséquent, ces signaux réfléchis sont avantageusement éliminés du signal de sortie du circuit de traitement 8. En outre, la structure symétrique du système de prise de son assure que les vibrations mécaniques de l'appareil parviendront de manière identique à chacun des microphones.

Par conséquent, l'effet de ces vibrations sur les microphones est également éliminé du signal de sortie du circuit de traitement 8.

Dans l'exemple représenté à la figure 3, un préamplificateur différentiel A13 (respectivement A24) comporte deux entrées El, E3 (respectivement E2, E4) reliées chacune à l'un des microphones M1, M3 (respectivement M2, M4) d'une paire de microphones disposés en position diamétralement opposée par rapport à la direction de symétrie D. Les préamplificateurs différentiels A13, A24 effectuent une préamplification des signaux de sortie des microphones, éliminent certains parasites présents dans ces signaux de sortie. Dans cette combinaison sont donc éliminés les contributions des sons parvenant aux microphones suivant la direction de symétrie
D et les effets des vibrations mécaniques symétriques.Dans l'application préférée de l'appareil à l'audio-conférence, les sons émis par des locuteurs sont ainsi pris en compte de façon satisfaisante quelle que soit la position de ces locuteurs par rapport à l'appareil, tandis que les échos du haut-parleur sont sensiblement éliminés. En outre, la disposition des microphones M1, M2, M3, M4 dans le corps 2 (figure 1) et la présence des zones de pression entre ce corps 2 (figure 1) et la plaque métallique 20 (figure 1) réfléchissant les ondes sonores éliminent en grande partie les échos indirects parvenant aux microphones.

Ces dispositions sont entièrement conservées dans le cadre de la présente invention.

Grâce aux dispositions structurelles telles que décrites en relation avec les figures 1 et 2 et aux dispositions concernant les circuits de traitement 8 qui viennent d'être rappelées en relation avec la figure 3, l'appareil de prise et de restitution de son remplit de façon très satisfaisante les critères 1 à 4 du préambule de la présente description.

Cependant, comme il a été indiqué, l'expérience a montré qu'il était difficile de maîtriser et de minimiser de manière reproductible le couplage mécanique entre le dispositif de prise de son 2 (figure 1) et le dispositif de restitution 3. De façon plus précise, si on se reporte de nouveau au dispositif de la figure 1, il est difficile d'obtenir que chaque microphone (M1 à M4 dans l'exemple illustré) reçoive la même vibration mécanique en amplitude et en phase, même si on utilise un matériau isolant 5.

D'autre parut, dans certaines conditions d'utilisation, l'expérience a montré également que la courbe de réponse en fréquence de la prise de son présentait des irrégularités. En particulier, ces conditions existent généralement si on se place dans le cadre de la recommandation P34 du CCITT.

La figure 4 illustre schématiquement quelques caractéristiques de cette recommandation. On utilise une bouche artificielle Bart pour tester la réception d'un appareil d'audio-conférence Aac, par exemple un appareil du type de celui décrit en relation avec la figure 1. Cet appareil Aac est posé sur un plan, par exemple une table Ta utilisée pour l'audio-conférence. La bouche artificielle
Bart est disposée à la verticale et à une hauteur h du bord de la table Ta. L'angle a est donc égal à n/2 radians. Le bord de la table est à une distance 12 de l'appareil Aac et la bouche artificielle Bart à la distance l1 de l'appareil
Aac.Dans ces conditions, les valeurs respectives de ces paramètres sont:
h = 300 mm 11 = 500 mm
12 = 400 mm
Dans les conditions de mesure précitées, on obtient avec le dispositif de la figure 1 une courbe C1 de réponse d'amplitude en fréquence typique illustrée par la figure 5. L'axe vertical gradué en dB, représente l'amplitude AS du signal VS (figure 3) en fonction de la fréquence F portée sur l'axe horizontal.

Plus précisément, les conditions d'obtention de la courbe C1 est la suivante:
- courbe non lissée relevée dans une pièce non traitée acoustiquement;
- réalisation d'une transformée de Fourrier rapide sur une réponse impulsionnelle limitée à un intervalle de temps de 10 ms pour éliminer les accidents dus à des réflexions lointaines sur les murs et le plafond de la pièce.

La courbe C1 présente un "trou" d'une profondeur de 12 dB environ et d'une largeur de l'ordre de 100 Hz pour une fréquence comprise habituellement dans l'intervalle de fréquence allant de 2000 Hz à 2500 Hz environ. Dans le cas présent, la fréquence centrale de l'irrégularité est de 2,2 KHz environ. La courbe présente typiquement une croissance de 3 dB par octave avec des ondulations de l'ordre de + 2 dB dépendant des réponses propres de chaque microphone et de la qualité de leur appairage. Cette croissance de 3 dB par octave est préconisée par la recommandation P34.

On a tracé une droite C3 de pente 3 dB par octave qui s'approche de l'allure qu'aurait la courbe C1 parfaitement "lissée", ce dans un but de faciliter la lecture de celle-ci et les comparaisons avec la courbe C2 qui sera décrite ultérieurement.

On doit naturellement comprendre que le détail de cette courbe C1 dépend de la nature et des caractéristiques des microphones M1 à M4, de la configuration de la table
Ta, de la position angulaire du dispositif de prise de son par rapport à la source Bart, de la pression atmosphérique, etc...

Cette courbe n'est donnée qu'à titre de meilleure illustration du phénomène parasite constaté.

L'invention tout en conservant les avantages du dispositif décrit en relation avec la figure 1, vise à pallier les deux défauts qui viennent d'être rappelés.

Pour ce faire, si on se reporte à nouveau à la figure 1, on va éloigner le dispositif 3 du dispositif 2.

Mais pour conserver à l'ensemble un aspect compact, il faut que cet éloignement reste le plus faible possible.

Pour pallier plus spécifiquement le premier défaut, on va fixer directement le dispositif 3 non plus sur le dispositif 2, avec ou sans l'intermédiaire d'un matériau isolant 5, mais directement sur la surface du plan 20.

Dans une variante préférée on le fixe à l'aide d'entretoises, près du bord extérieur de ce plan 20.

Pour pallier plus spécifiquement le second défaut, on dote la partie du dispositif 3 qui est en "vue" du dispositif 2, c'est-à-dire dans l'exemple illustré sur la figure 1, la partie inférieure surface 33, d'une forme appropriée qui va être explicitée dans ce qui suit.

La figure 6 illustre schématiquement un appareil de prise et de restitution de son Aac conforme à l'invention.

A l'exception des dispositions spécifiques à l'invention, les autres dispositions qui ont été décrites en relation avec les figures 1 à 3 sont conservées et ne seront redécrites qu'en tant que de besoin.

En particulier le dispositif de prise de son 2 peut être identique à celui décrit en relation avec les figures 1 et 2 ou à ses variantes possibles qui ont été signalées. I1 en est de même pour le boîtier 1, le plan 20, et les circuits électriques de traitement et d'amplification (respectivement 7 et 8) contenus dans le boîtier 1. Ces circuits pourraient naturellement être disposés en dehors de ce boîtier 1, mais la disposition à l'intérieur du boîtier 1 présente l'avantage de réduire la longueur des connexions entre les circuits d'amplification et le haut-parleur, d'une part; et les circuits de traitement 7 et les microphones M1 à M4, d'autre part.

On conserve naturellement la symétrique de révolution autour de l'axe D.

Les éléments de la figure 6 identiques ou similaires à ceux de la figure 1 portent la même référence et ne seront également redécrits qu'en cas de besoin.

Selon une des caractéristiques importantes de l'invention, le dispositif de restitution de son 3 n'est plus couplé mécaniquement au dispositif de prise de son 2.

Dans la variante de réalisation préférée illustrée par la figure 6, le dispositif 3 est fixé directement au boîtier 1, de préférence près des bords du plan 20, à l'aide d'entretoises ou d'éléments analogues, au nombre de quatre
Etl à Et4 (dans l'exemple illustré) et régulièrement espacées. Sur la figure 6, l'entretoise Et2 n'est pas visible. Dans le cas présent, l'espacement entre entretoises est de n/4 radians.

En coupe horizontale, la forme des entretoises
Etl à Et4 peut être quelconque: ronde, ovale, triangulaire, etc... Cependant la dimension la plus importante doit rester faible r typiquement comprise dans une gamme de 10 à 17 mm. Cette dimension, ainsi que la matière seront choisies en fonction du poids et des dimensions du dispositif 3, d'une part, et pour éviter toutes vibrations parasites d'autre part.

Le nombre de ces entretoises n'est pas critique non plus mais il parait difficile de descendre en dessous de trois pour assurer une stabilité et une rigidité minimale à l'ensemble. A l'opposé, leur nombre ne peut croître indéfiniment car elles doivent être "transparentes" aux ondes sonores. Du moins l'effet d'écran doit être négligeable.

Un nombre égal à trois ou quatre est un compromis acceptable.

Le moyen de fixation de ces entretoises Etl à
Et4, d'une part, au dispositif 3 et, d'autre part, au boîtier 1, est choisi parmi les moyens classiques connus: vissage, etc.

Selon une autre caractéristique importante de l'invention, on dote la partie du dispositif 3 en "vue" du dispositif 2 d'une forme appropriée, en l'occurrence la surface inférieure 33 du dispositif 3.

Celle-ci est de préférence convexe mais peut être comprise entre un cône et une demi-sphère, qui constituent les deux formes extrêmes. Dans le cas d'un cône, on doit éliminer le cas limite pour lequel l'angle au sommet est égal à n radians, c'est-à-dire une forme dégénérée qui tend vers un plan. En effet, dans ce cas, il existe un risque qu'il se développe des ondes stationnaires entre le plan 20 et la surface 33.

Les figures 7 et 8 illustrent les deux cas extrêmes: forme conique (figure 7) et sphérique (figure 8).

Outre les formes intermédiaires, on peut imaginer des formes combinant ces deux aspects, par exemple une forme conique, dans la partie inférieure de la surface 33 se transforme en forme convexe dans la partie supérieure.

Le choix précis d'une forme, parmi celles possibles, sera guidé plus par des considérations pratiques (simplicité de réalisation par exemple) ou esthétique que par des raisons purement techniques.

En outre, il est le plus souvent requis de conserver un aspect compact à l'appareil comme il a été indiqué. La partie inférieure du dispositif 3 doit donc être disposée le plus près possible du dispositif 2.

Cependant un rapprochement trop important du dispositif de restitution de son 3 du dispositif de prise de son 2 est incompatible avec le but que se fixe l'invention car l'expérimentation a montré que la courbe de réponse d'amplitude en fréquence présenterait à nouveau des irrégularités.

On suppose que la source sonore, artificielle ou humaine, est à une hauteur h du plan de la table Ta ou de tout autre plan sur lequel est disposé l'appareil de prise et de restitution de son Aac et à une distance 12 (projection sur le plan Ta) du bord du boîtier 1.

La figure 9 explicite quelles sont les conditions auxquelles devra souscrire la disposition dans l'espace du dispositif 3. Sur cette figure on n'a pas représenté les entretoises Etl à Et4.

Sur le plan 20, on définit un segment de droite
AB perpendiculaire à l'axe de symétrie D, centré sur cet axe et de longueur déterminée x. On considère la source sonore SB placée en B', à gauche sur la figure 9 et comme indiqué ci-dessus, soit à une hauteur h du plan Ta. On trace le segment de droite B'B. De même pour une source SA, placée en A', à droite sur la figure 9, on trace le segment de droite A'A.

Si dans un premier temps on considère que la paroi extérieure 100 (verticale dans l'exemple illustré) du boîtier 1 est un cylindre, on réalise aisément r qu'en déplaçant les sources SA ou SB dans un plan P' parallèle au plan Ta sur un cercle de rayon 1, on définit un cône dont le sommet est le point C, situé sur l'axe D. La longueur du segment EC, E étant l'intersection du plan P' avec l'axe D, et l'angle au sommet dépendent naturellement des paramètres suivants: h, 12 et x.

Selon un autre aspect important de l'invention, la surface 33 du dispositif de restitution de son 3 devra être inscrite à l'intérieur du cône défini par A'A et B'B.

La position limite vers le bas (dans l'exemple illustré) est telle que tout ou partie de la surface 33 se confond avec la surface du cône ainsi définie. C'est le cas, notamment lorsque la surface 33 est également conique (figure 7) et que l'angle au sommet de ce cône est égal à celui du cône B'CA'.

Dans le cas général, si le bord extérieur 100 du boîtier 1 n'est pas cylindrique, on prendra une valeur moyenne entre le point le plus éloigné de l'axe D et le point le plus proche soit r. On définit une longueur 1'2 = 12+r et on construit un cylindre de hauteur h et de rayon 1'2. Cette approximation est légitime, car pour le type d'applications visées par l'invention, l'appareil Aac est compact en regard des valeurs habituelles de 12.

Dans un exemple de réalisation préféré, on dispose le dispositif de restitution de son 3 pour se rapprocher au maximum du cas limite précité. En effet, pour une forme donnée de la surface 33, c'est dans cette position que le dispositif 3 sera le plus proche du dispositif de prise de son 2 tout en satisfaisant aux conditions précédemment énoncées.

Egalement dans une variante de réalisation préférée, on agencera les dispositifs 3 et 2 de telle manière que la recommandation P34 définie par le CCITT soit respectée.

Dans ces conditions 12 = 400 mm et
h = 300 mm
La valeur de x, inférieure à la circonférence du boîtier 1, est typiquement de l'ordre de 140 mm, cette valeur n'étant cependant pas limitative de l'invention. On définit donc un cercle sur la surface 20, de rayon égal à x/2 et centrée sur l'axe D.

Avec les dispositions adoptées dans le cadre de l'invention, on a retracé la courbe C2 de réponse d'amplitude en fonction de la fréquence, dans les mêmes conditions que précédemment pour le dispositif de la figure 1.

On peut comparer, en se reportant à nouveau à la figure 5, la nouvelle courbe obtenue C2 à la courbe primitive C1.

On voit aisément si elle présente encore une irrégularité pour une fréquence centrée sur 2,2 KHz, environ, celle-ci est de bien plus faible amplitude, de l'ordre de -4 à -5 dB (dans l'exemple illustré) par rapport à la courbe "lissée" C3 et de très faible largeur.

Le dispositif de prise de son 2 est par ailleurs identique à celui utilisé dans l'appareil représenté sur la figure 1. Il en est de même des circuits électroniques 7 et 8. En outre dans le dispositif de restitution de son 3, le transducteur (haut-parleur 4) est identique à celui précédemment utilisé.

D'autres mesures, effectuées par la Demanderesse, de façon répétitive sur plusieurs appareils réalisés conformément aux enseignements de l'invention, ont montré que les vibrations mécaniques dues, essentiellement dans l'appareil de la figure 1, au couplage mécanique entre le dispositif 2 et 3, étaient désormais négligeables. Il s'ensuit que, même si chacun des microphones en capte une fraction non homogène, en amplitude et en phase, les différences dues à cette non-homogénéité n'entraînent plus un dysfonctionnement appréciable du dispositif de prise de son 2.

L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précisément décrits en relation notamment avec les figures 6 à 9. On doit bien comprendre, en particulier que les exemples numériques n'ont été donnés que pour mieux illustrer l'invention et ne sont en aucun cas limitatifs de sa portée.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Appareil de prise et de restitution (Aac) de son d'au moins une source sonore (SB, SA), destiné à être posé sur un plan de travail (Ta) du type comprenant un support (1) muni d'une surface plane (20), un dispositif de prise de son (2) disposé sur cette surface plane (20) et un dispositif de restitution de son (3), lesdits dispositifs de prise et de restitution de son étant disposés l'un par rapport à l'autre de manière à présenter une structure de symétrie autour d'un axe de symétrie (D) orthogonal à ladite surface plane (20), caractérisé en ce que le dispositif de restitution de son est fixé directement sur ladite surface plane (20); en ce que le dispositif de restitution (3) s'inscrit à l'intérieur d'un cône de révolution d'axe confondu avec ledit axe de symétrie (D); ce cône étant obtenu en traçant un segment de droite (B'B) entre un premier point (B') distant d'une première longueur déterminée dudit axe de symétrie (D) et d'une hauteur déterminée (h) dudit plan de travail (Ta) et un second point (B) situé sur ladite surface plane (20) et distant dudit axe de symétrie d'une seconde distance déterminée (x/2), le segment de droite (BB') coupant ledit axe de symétrie (D) au sommet du cône (C), et en faisant tourner ce segment de droite (B'B) d'un angle de révolution égal à 2 n radians; et en ce que la surface (33) dudit dispositif de restitution de son (3) en regard dudit dispositif de prise de son (2) est dotée d'une forme comprise entre une demi-sphère (figure 8) et un cône (figure 7).

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de restitution de son (3) est fixé à ladite surface plane (20) par l'intermédiaire d'entretoises (Etl à Et4) équiréparties.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre d'entretoises (Etl à Et4) est égal à quatre.

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit support étant inscrit dans une structure de révolution constituée par un cylindre d'axe confondu avec ledit axe de symétrie (D), de rayon r, la première distance déterminée 1 est définie comme suit: 1 = 400 mm + r, la hauteur (h) est égale à 300 mm et la seconde distance déterminée (x/2) sensiblement égale à 70 mm.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface (33) dudit dispositif de restitution de son (3) en regard dudit dispositif de prise de son (2) est dotée d'une forme convexe.

6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface (33) dudit dispositif de restitution de son (3) en regard dudit dispositif de prise de son (2) est un cône (figure 7) d'angle au sommet inférieur à n radians.

7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif de restitution de son (3) comprend au moins un haut-parleur (4), en ce qu'il comprend une face active (31) destinée à rayonner les ondes acoustiques et en ce que la direction moyenne de rayonnement est confondue avec ledit axe de révolution (D), dans une direction opposée à ladite surface (33) en regard avec le dispositif de restitution de son (2).

8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de prise de son (2) comprend plusieurs dispositifs élémentaires de réception de son (M1 à M4) en nombre n supérieur à deux, et des moyens de traitement (8) pour traiter les signaux issus des dispositifs de réception de son, en ce que les dispositifs élémentaires de réception de son (M1 à M4) sont disposés dans un même plan (P), perpendiculaire audit axe de symétrie (D), à intervalles réguliers, sur une circonférence (13) centrée par rapport audit axe de symétrie (D), en ce que lesdits moyens de traitement (8) sont agencés pour appliquer un déphasage égal à 2 n/n radians entre les signaux issus respectivement de deux dispositifs de réception élémentaires de son adjacents quelconques et pour additionner les signaux ainsi déphasés de façon à obtenir une réception sensiblement uniforme et non affaiblie de signaux relatifs aux composantes parallèles au plan (P) quelle que soit la direction des ondes et une réception sensiblement nulle des signaux relatifs aux composantes parallèles à la droite de symétrie (D), des ondes acoustiques captées.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque dispositif élémentaire de réception de son comprend un microphone unique (M1 à M4).

10. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque dispositif élémentaire de réception de son est composé de plusieurs microphones, et en ce que les moyens de traitement (8) sont agencés pour additionner en phase les signaux issus respectivement des microphones composant chaque dispositif élémentaire de réception de son pour établir le signal de sortie de ce dispositif de réception de son.

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdits dispositifs élémentaires de réception de son (M1 à M4) sont en nombre pair m = 2n supérieur à trois, en ce qu'ils sont associés deux à deux, en n paires, en ce que les dispositifs élémentaires de réception de son de chacune desdites paires sont disposés symétriquement par rapport à ladite direction de symétrie (D), en ce que les moyens de traitement (8) sont agencés pour que les signaux issus respectivement des dispositifs de réception de chaque paire soient soustraits l'un de l'autre pour les additionner avec un déphasage de 2 n radians entre eux, en ce qu'un déphasage est appliqué sur chaque signal (S13, S14) issu d'une paire pour obtenir un déphasage de 2 n/m radians entre les signaux issus respectivement de deux paires de dispositifs de réception de son adjacents quelconques et en ce que les signaux ainsi déphasés sont additionnés.

12. Application à l'audio-conférence d'un appareil de prise et de restitution de son (Aac) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.