FR2982111A1

FR2982111A1 - Enceinte acoustique comprenant un haut-parleur coaxial a directivite controlee et variable.

Info

Publication number: FR2982111A1
Application number: FR1159774A
Authority: FR
Inventors: Bernard Debail
Original assignee: Cabasse SA
Current assignee: Cabasse SA
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-05-03
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: WO2013060761A1; FR2982111B1; US9843856B2; US20140307895A1

Abstract

Il est proposé une enceinte acoustique (10) comprenant : un haut-parleur coaxial (6) comprenant au moins deux membranes coaxiales (61 , 61 , 61 ) reproduisant chacune une bande de fréquences différente ; et des moyens de filtrage (3) permettant de générer, à partir d'un signal audio source (1, 8), une pluralité de signaux d'activation (9 , 9 , 9 ) alimentant chacun un moyen d'actionnement d'une des membranes. L'enceinte acoustique possède une plage de fonctionnement à directivité variable et contrôlée, dont chaque fréquence appartient à au moins deux des bandes de fréquences reproduites par les membranes. L'enceinte acoustique comprend des moyens (7) d'obtention d'un signal de commande de directivité (13). Les moyens de filtrage permettent, pour chaque fréquence de ladite plage de fonctionnement, de doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution de chacune des au moins deux membranes reproduisant ladite fréquence.

Description

Enceinte acoustique comprenant un haut-parleur coaxial à directivité contrôlée et variable. 1. DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des haut-parleurs mettant en oeuvre des technologies coaxiales (aussi appelés « haut-parleurs coaxiaux ») et des enceintes acoustiques comprenant de tels haut-parleurs coaxiaux (aussi appelées « enceintes acoustiques multivoies coaxiales »). Plus précisément, l'invention concerne une technique permettant de contrôler et rendre variable la directivité de telles enceintes acoustiques multivoies coaxiales.

La directivité est un paramètre important pour caractériser le rayonnement d'une source acoustique. La directivité mesure la dispersion angulaire du son rayonnant d'un haut-parleur. Il est connu que, pour avoir un bon son dans une pièce, la directivité du système de haut-parleurs doit croître de façon constante et homogène (sans accident) sur toute la plage de fréquences. En fonction de l'utilisation souhaitée, ce paramètre doit être optimisé : la source doit par exemple avoir un diagramme de rayonnement très directif dans le cas d'une sonorisation en milieu réverbérant ou au contraire très ouvert pour des applications d'enceintes arrière en home cinéma. Le contrôle de la directivité correspond à un besoin important, malheureusement difficile à maîtriser.

Pour quantifier la directivité d'une enceinte, on utilise généralement son indice de directivité, qui présente, en fonction du logarithme de la fréquence, l'évolution du rapport entre la pression acoustique rayonnée par l'enceinte dans son axe principal et la pression acoustique rayonnée par une source simple (monopôle) placée au centre de celle-ci et ayant la même puissance. L'indice de directivité indique un niveau de dB supérieur ou inférieur à celui radié par une source sonore sphérique. 0 dB décrit une enceinte omnidirectionnelle, diffusant le son de la même façon dans toutes les directions. 2. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE 2.1 Sources à directivité prédéfinie et non variable 2.2.1 Cas particulier d'une source acoustique multivoies coaxiales Depuis plusieurs décennies les acousticiens se sont penchés sur la réalisation d'enceintes acoustiques se rapprochant au mieux de l'idéal théorique caractérisé essentiellement par : 1. Une fidèle restitution de toute la bande des fréquences audibles allant de 20 Hz à 20 kHz. Cette caractéristique correspond à une réponse axiale à amplitude plate et à phase linéaire sur toute la bande des fréquences audibles. 2. Un faible taux de distorsions non-linéaires. 3. L'absence de problèmes de diffraction liés à une quelconque disposition géométrique des haut-parleurs constituant la source. Ces effets peuvent en outre provenir d'une rupture sur les bords de l'enceinte. 4. Une directivité homogène et bien contrôlée notamment au niveau des bandes de fréquences de recouvrement entre les différents haut-parleurs du système acoustique. En pratique, la vérification de tous les critères précédents se confronte à une complexité technologique très importante. En effet, les deux premiers points peuvent être satisfaits par l'association de plusieurs haut-parleurs dédiés à la restitution de sous-bandes de fréquences complémentaires. Par contre, les deux derniers points, dont celui lié à la directivité, sont liés à la géométrie de l'enceinte ou à la disposition spatiale des différents haut-parleurs la constituant. En effet, du fait qu'il n'existe aucun haut-parleur capable de reproduire l'intégralité du signal audio (20 Hz à 20 kHz), une enceinte acoustique traditionnelle est généralement constituée de plusieurs haut-parleurs, chacun étant dédié à une sous-bande de fréquences ou voie. Chaque haut-parleur est étudié pour présenter les meilleures performances au niveau de la sous-bande de fréquences qu'il reproduit. La terminologie souvent adoptée pour distinguer les différents transducteurs est la suivante : - Haut-parleur de grave (ou woofer) : bande de fréquence inférieure du domaine audio (f < 200 Hz). - Haut-parleur de bas médium : sous-bande inférieure de la bande de fréquence centrale du domaine audio (200 Hz < f < 800 Hz). - Haut-parleur de haut médium : sous-bande supérieure de la bande de fréquence centrale du domaine audio (800 Hz < f < 4000 Hz). - Haut-parleur d'aigu (ou tweeter) : bande de fréquence supérieure du domaine audio (f > 4000 Hz). Les fréquences f1 = 200 Hz, f2 = 800 Hz et f3 = 4000 Hz sont appelées fréquences de croisement. Elles délimitent les bandes de fréquences généralement allouées à chaque transducteur. Dans la configuration classique d'une source acoustique à voies multiples, les haut-parleurs sont étalés sur la façade d'une enceinte. Cette disposition des transducteurs (membranes) présente un inconvénient en terme de rayonnement au niveau des bandes des fréquences de recouvrement, en particulier dans le cadre du champ proche (c'est-à- dire au voisinage de l'enceinte) compte tenu des différences de marche entre les ondes sonores émises par les différents haut-parleurs et perçues par l'auditeur. Afin de pallier ces inconvénients, une solution de rupture consiste à réduire l'espacement inter-transducteurs en adoptant une configuration « coaxiale », dans laquelle les différents haut-parleurs sont montés sur un même axe (on parle également de « haut-parleur coaxial à plusieurs membranes). Ceci permet une restitution plus cohérente des ondes issues des différents transducteurs, même en champ très proche. Lors de la réalisation d'une source acoustique multivoies coaxiales, il faut accorder une grande importance aux caractéristiques de directivité de celle-ci. En effet, ces caractéristiques influencent de manière significative l'évaluation subjective de la source une fois qu'elle est placée dans une salle. En conséquence, les tailles et les profils des différentes membranes, ainsi que la géométrie de l'enceinte, doivent être choisies avec grand soin afin d'atteindre une directivité cible prédéfinie, puisque ce sont essentiellement ces paramètres qui vont conditionner la directivité de l'enceinte dans la bande de fréquences. En effet, on utilise généralement des haut-parleurs acoustiquement adaptés les uns aux autres, c'est-à-dire conçus pour travailler sur des bandes de fréquences complémentaires sur lesquelles leurs courbes de réponse sont les moins accidentées possibles, de manière à éviter des différences trop marquées qui déséquilibrent les sons émis. Ainsi, pour une source multivoies coaxiales, on souhaite généralement que l'indice de directivité de la source ait une évolution linéaire affine en fonction de la fréquence avec une pente de l'ordre de 5 dB/octave.

Dans les bandes de recouvrement, afin d'assurer la continuité de l'évolution de l'indice de directivité, on utilise en pratique des techniques numériques de traitement du signal (sans que ce soit limitatif puisqu'un filtrage analogique, voire passif, pourrait également convenir), qui pilotent la source multivoies coaxiales et sont par exemple implémentées sur un processeur de signal numérique (ou DSP, pour « Digital Signal Processor » en anglais). Elles effectuent par exemple une compensation des retards axiaux, un filtrage séparateur et une égalisation, permettant une amélioration apparente du champ rayonné par la source acoustique à voies coaxiales. Les filtres séparateurs sont aussi appelés filtres d'aiguillage ou de croisement (« crossover filters » en anglais).

Afin de mieux contrôler certains défauts résiduels (fluctuations du diagramme de rayonnement ou de l'indice de directivité au niveau des bandes de fréquences de recouvrement), dus aux écarts entre les directivités propres des différents transducteurs, il a été proposé d'optimiser le filtrage séparateur au niveau de ces bandes de fréquences de recouvrement. Cette optimisation se base sur une pondération des réponses fréquentielles des filtres séparateurs permettant de modifier les écarts entre les amplitudes et les phases de différentes voies de la source. Afin de résoudre ce problème d'optimisation du filtrage séparateur, une approche globale est décrite en détail dans les documents suivants : - l'article (noté [1]) « An optimized full-bandwith 20Hz-20kHz digitally controlled co-axial source », 2006 October 5-8, San Francisco, Audio Engineering Society, Convention Paper (Shaiek, Debail, Kerneis, Boucher and Diquelou); et - le mémoire de la thèse de M. Shaiek, soutenue le 2 juillet 2007 et intitulée « Optimisation des performances d'enceintes coaxiales large bande par traitement numérique du signal ». Dans cette approche globale, l'algorithme de synthèse de filtres prend en compte, dans une même fonction coût, les différents paramètres à optimiser. Cette approche globale se base sur une recherche numérique itérative des pondérations complexes en utilisant l'algorithme du gradient. L'idée est d'augmenter le coût de sorte qu'en plus de la réponse axiale et du diagramme de rayonnement, on minimise d'éventuelles fluctuations de l'indice de directivité de la source au niveau des bandes de fréquences de recouvrement. On rappelle que l'objectif recherché par la mise en oeuvre de cette optimisation du filtrage séparateur, selon l'approche globale, est d'obtenir une source acoustique multivoies coaxiales présentant une évolution affine de son indice de directivité en fonction de la fréquence, même au niveau des bandes de fréquences de recouvrement. Cette technique connue (détaillée dans l'article et le mémoire de thèse précités) ne vise en aucune manière à obtenir une directivité variable. La directivité cible y est prédéterminée : elle est fixée lors de la fabrication de l'enceinte et n'est donc pas adaptée au local, ni à la disposition et aux préférences de l'utilisateur. Cette technique connue ne prévoit pas de modifier la pente de la droite représentant la fonction affine de l'indice de directivité, ni de translater verticalement cette droite. Les bandes de fréquences de recouvrement entre transducteurs (membranes) adjacents sont discutées uniquement parce que s'y produisent des fluctuations non désirées (défauts) de l'indice de directivité de l'enceinte, dues aux écarts entre les directivités propres des différents transducteurs. En outre, ces bandes de fréquences de recouvrement sont de faibles largeurs comparées aux bandes de fréquences des différents transducteurs (membranes), et donc à la bande de fréquences de fonctionnement de l'enceinte. 2.2.2 Autres cas de sources acoustiques à directivité prédéfinie et non variable La directivité d'un haut-parleur est créée par les interférences entre les signaux générés aux différents points de la membrane de ce haut-parleur. Pour obtenir un pincement du diagramme de directivité, il est nécessaire que les dimensions de la membrane soient de l'ordre de la longueur d'onde du signal émis (c'est-à-dire de l'onde sonore générée par la membrane). Ceci nécessite des membranes de grand diamètre dans le bas du spectre. En écoute stéréo, les enceintes acoustiques ont un diagramme de directivité fixé lors de leur conception. En milieu réverbérant, une solution pour diminuer l'importance relative de la réverbération consiste à rapprocher les enceintes de la position d'écoute (afin de favoriser le rapport onde directe/onde réfléchie). Mais jouer sur la distance enceinte-auditeur revient à fixer des contraintes pour l'utilisateur, que celui-ci ne peut en général pas appliquer sauf à modifier l'ameublement et la configuration de la salle d'écoute. En milieu réverbérant, une autre solution pour diminuer l'importance relative de la réverbération consiste à disposer des éléments absorbants dans la salle (afin de réduire la réverbération), mais un tel traitement de l'acoustique de la salle n'est pas simple à mettre en oeuvre et pas forcément possible. En milieu très amorti, le seul paramètre d'ajustement pour tenter d'obtenir un rapport onde directe / onde réfléchie souhaité reste l'orientation des axes des enceintes, de sorte à favoriser d'éventuelles réflexions pour ramener des réflexions précoces vers l'auditeur. En écoute multicanal, les enceintes arrières peuvent être dipolaires. Cette technique consiste à faire fonctionner deux haut-parleurs tête-bêche, en opposition de phase, de sorte à présenter une directivité de type figure de « 8 » ceci afin de créer un son diffus avec absence de diffusion d'onde directe. Mais les enceintes dipolaires ne permettent pas de doser le rapport onde directe/onde réfléchie. En écoute multicanal, une autre solution pour obtenir un diagramme de directivité souhaité consiste à utiliser une enceinte comprenant deux haut-parleurs identiques, placés l'un derrière l'autre, et à créer un déphasage entre ces deux haut-parleurs (en appliquant un retard sur l'un des deux). Ce principe ancien, connu sous le nom de « haut-parleur à gradient », est limité aux domaines des basses fréquences puisque pour les fréquences supérieures, la directivité est davantage imposée par les phénomènes de diffraction de l'enceinte et par la directivité intrinsèque des haut- parleurs. En outre, avec ce principe, l'effet directif est obtenu uniquement par un effet d'annulation de phase d'un haut-parleur par rapport à l'autre, ce qui est très pénalisant en matière de rendement acoustique. Ce principe ne permet d'approcher que des directivités à l'ordre 1 ; or on souhaite parfois obtenir des directivités beaucoup plus complexes. 2.2 Sources à directivité variable Pour générer un diagramme de directivité variable, on connaît des solutions à base de réseaux de haut-parleurs, filtrés par exemple au moyen d'un DSP. On constitue de la sorte une « antenne acoustique » et on joue sur l'amplitude et la phase de chacun des haut-parleurs (ces derniers sont tous identiques). La directivité de l'antenne acoustique est générée au moyen d'un traitement de signal, en contrôlant les signaux envoyés à chacun des haut-parleurs. La directivité ne découle en aucune manière de la directivité intrinsèque des membranes du réseau de haut-parleurs formant l'antenne, puisque tous les haut-parleurs (et donc toutes les membranes) sont identiques, mais, plutôt de leur position dans l'espace qui est différente. Par ailleurs, la directivité ne peut devenir variable que si les dimensions de l'antenne acoustique sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde à reproduire. Des algorithmes superdirectifs existent, mais ils sont pénalisants en matière de sensibilité et de robustesse de performance (les disparités intrinsèques des haut-parleurs vont conduire à une disparité accentuée des performances de l'antenne acoustique finie, notamment en matière de diagramme de directivité). Un inconvénient de ces solutions est qu'elles nécessitent d'avoir du recul afin que l'enceinte puisse fonctionner en champ dit lointain. A titre d'exemple, un réseau de haut-parleurs qui possède une largueur de 40 cm fonctionne en condition de champ lointain à 6300 Hz lorsque l'auditeur se trouve à plus de 3m.

Un autre inconvénient de ces solutions est qu'elle offre seulement la possibilité de configurer l'antenne acoustique (c'est-à-dire synthétiser une directivité donnée) à un moment donné, mais elles ne sont pas prévues pour une modification dynamique (pas de signal de commande de directivité) par l'utilisateur ou de manière automatique. Un autre inconvénient de ces solutions est qu'elles n'offrent un contrôle de directivité que sur un seul plan (en général le plan horizontal). Des matrices de haut- parleurs sont nécessaires pour pouvoir gérer la directivité sur un autre plan (plan vertical par exemple), mais les autres plans passant par l'axe du système sont plus ou moins bien contrôlés et nécessairement différents. Encore un autre inconvénient de ces solutions est que la plage de fréquences de fonctionnement est limitée puisque tous les haut-parleurs du réseau sont identiques et donc ils doivent couvrir une large bande de fréquences, ce qui est difficile voire impossible à obtenir. En pratique, la bande de fréquences reproduite est donc limitée. 3. OBJECTIFS DE L'INVENTION L'invention, dans au moins un mode de réalisation, a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique.

Plus précisément, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un objectif est de fournir une technique permettant de contrôler et faire varier la directivité d'une enceinte acoustique multivoies coaxiales. Au moins un mode de réalisation de l'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui soit simple à mettre en oeuvre et peu coûteuse. Un autre objectif d'au moins un mode de réalisation de l'invention est de fournir une telle technique nécessitant de la part d'un utilisateur soit une intervention très simple, soit aucune intervention. 4. EXPOSÉ DE L'INVENTION Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, il est proposé une enceinte acoustique comprenant : un haut-parleur coaxial comprenant au moins deux membranes coaxiales reproduisant chacune une bande de fréquences différente ; et des moyens de filtrage permettant de générer, à partir d'un signal audio source, une pluralité de signaux d'activation alimentant chacun un moyen d'actionnement d'une des membranes. L'enceinte acoustique possède une plage de fonctionnement à directivité variable et contrôlée, dont chaque fréquence appartient à au moins deux des bandes de fréquences reproduites par les membranes. Elle comprend des moyens d'obtention d'un signal de commande de directivité. Les moyens de filtrage permettent, pour chaque fréquence de ladite plage de fonctionnement, de doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution de chacune des au moins deux membranes reproduisant ladite fréquence. La solution proposée consiste donc à réaliser une enceinte acoustique multivoies coaxiales (c'est-à-dire comprenant un haut-parleur coaxial) à directivité variable. L'idée consiste à étendre très largement le spectre de reproduction de chaque membrane constituant le haut-parleur coaxial, de sorte à obtenir une ou plusieurs plages de recouvrement très étendues et conjointes (chaque fréquence peut être reproduite par au moins deux membranes). Les moyens de filtrage permettent de doser précisément les contributions de chacune des membranes à chaque fréquence. Du fait que les membranes présentent des directivités différentes, la directivité de l'enceinte est donc variable, à chaque fréquence, suivant le jeu de contributions choisi pour les membranes produisant cette fréquence. En d'autres termes, la directivité de l'enceinte découle d'abord de la directivité intrinsèque des membranes du haut-parleur coaxial (la directivité de l'enceinte est contrôlée par dosage des contributions des membranes les unes par rapport aux autres). Cette approche est tout à fait nouvelle et inventive puisque dans l'art antérieur, les plages de recouvrement d'un haut-parleur coaxial sont très limitées et les moyens de filtrage ne sont pas utilisés pour obtenir une directivité variable mais pour garantir une directivité cible prédéterminée (évolution affine de l'indice de directivité en fonction de la fréquence) uniquement au niveau des bandes de fréquences de recouvrement. Dans la solution proposée, la directivité est variable et contrôlée par le signal de commande de directivité. Ainsi, sur un large spectre, le pinceau sonore généré par le haut-parleur coaxial est fonction de la valeur du signal de commande de directivité (la largeur de ce pinceau sonore pouvant varier entre une valeur très étroite et une valeur très ouverte). Dans l'art antérieur, l'enceinte reçoit un signal audio source mais il n'existe pas un tel signal supplémentaire, de commande de directivité.

Enfin, la symétrie de révolution du haut-parleur coaxial permet de générer une directivité variable simultanément sur tous les plans passant par l'axe du haut-parleur, ceci grâce uniquement à un signal de commande de directivité. La directivité obtenue est identique sur tous ces plans. Selon une caractéristique particulière, le haut-parleur coaxial comprend au moins trois membranes coaxiales reproduisant chacune une bande de fréquences différente, et en ce que ladite plage de fonctionnement est composée d'au moins deux bandes conjointes de recouvrement entre les bandes de fréquences reproduites par lesdites au moins trois membranes. Ainsi, on augmente la largeur de la plage de fonctionnement à directivité variable et contrôlée. Selon une première mise en oeuvre, les moyens d'obtention du signal de commande de directivité comprennent des moyens de réglage de la valeur dudit signal de commande de directivité par un utilisateur. Ainsi, dans cette première mise en oeuvre, le signal de commande de directivité provient par exemple d'un potentiomètre de réglage, permettant à l'utilisateur de faire varier aisément la directivité de l'enceinte. En d'autres termes, la directivité n'est pas fixée lors de la fabrication de l'enceinte mais peut s'adapter au local, à la dispositions et aux préférences de l'utilisateur, grâce au moyen de réglage (potentiomètre par exemple) de la directivité. Selon une deuxième mise en oeuvre, les moyens d'obtention du signal de commande de directivité comprennent : - des moyens de réception d'un flux de données contenant ledit signal audio source et ledit signal de commande de directivité ; et - des moyens d'extraction du signal de commande de directivité contenu dans le flux de données.

Ainsi, dans cette deuxième mise en oeuvre, le signal de commande de directivité est véhiculé en même temps que le signal audio, sous forme par exemple de « métadonnées ». La directivité de l'enceinte peut de cette façon être modifiée en dynamique, suivant l'effet recherché par l'ingénieur du son lors de la création du signal audio source (bande son d'un support DVD par exemple).

Selon une caractéristique particulière, le haut-parleur coaxial comprend au moins trois membranes formant au moins trois voies adjacentes appartenant au groupe comprenant : une voie de grave, une voie de bas médium, une voie de haut médium et une voie d'aigu. Selon un aspect particulier de l'invention, l'enceinte acoustique comprend des moyens d'égalisation, placés en amont des moyens de filtrage et agissant en fonction du signal de commande de directivité. Ainsi, l'égalisation effectuée permet de corriger des écarts sur l'équilibre fréquentiel et de garantir l'équilibre tonal de l'enceinte quelle que soit la directivité retenue.

Selon une caractéristique particulière, les moyens de filtrage sont mis en oeuvre au moins partiellement sous la forme d'un processeur exécutant au moins un programme de filtrage déterminé. De cette façon, les moyens de filtrage sont simples à réaliser et peu coûteux. Selon une caractéristique particulière, pour doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution d'une membrane donnée à une fréquence donnée, les moyens de filtrage agissent sur l'amplitude d'une onde sonore générée par la membrane donnée à la fréquence donnée. Ainsi, dans une mise en oeuvre simple, le signal de commande de directivité agit, via les moyens de filtrage, uniquement sur l'amplitude des différents groupes de membranes. Selon une caractéristique particulière, pour doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution de la membrane donnée à la fréquence donnée, les moyens de filtrage agissent en outre sur la phase de l'onde sonore générée par la membrane donnée à la fréquence donnée.

Dans cette mise en oeuvre plus élaborée, le signal de commande de directivité agit, via les moyens de filtrage, sur l'amplitude et la phase des différents groupes de membranes. Ceci permet d'agir de manière plus fine sur la directivité de l'enceinte. Selon un aspect particulier de l'invention, pour chaque fréquence de ladite plage de fonctionnement, le signal de commande de directivité est proportionnel à un indice de directivité moyen souhaité pour l'enceinte à ladite fréquence. Ainsi, on joue sur la forme globale de la directivité et non pas sur une direction spécifique de l'espace. Le signal de commande de directivité peut être défini par un indice de directivité moyen souhaité, pour chaque fréquence de la plage de fonctionnement.

Dans un autre mode de réalisation de l'invention, il est proposé un signal transportant un flux de données contenant un signal audio source et un signal de commande de directivité, ledit signal de commande de directivité permettant de contrôler et faire varier de façon dynamique la directivité d'une enceinte acoustique (selon l'un quelconque des modes de réalisation ci-dessus).

Comme déjà indiqué ci-dessus, il n'existe pas dans l'art antérieur de signal de commande de directivité, ni a fortiori de signal de transport de flux véhiculant à la fois un signal audio source et un tel signal de commande de directivité. 5. LISTE DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels : - la figure lA présente un schéma-bloc d'une enceinte acoustique selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 1B présente un exemple de réalisation de l'étage de filtrage 3 apparaissant sur la figure lA ; - la figure 2 présente un exemple de réponse en fréquence, dans l'axe du haut- parleur coaxial de la figure 1A, pour chacune des trois voies, sans filtrage ; - la figure 3 présente une réponse polaire à 1250 Hz des voies de bas médium et haut médium du haut-parleur coaxial de la figure 1A, sans filtrage ; - la figure 4 présente une réponse polaire à 5000 Hz des voies de bas médium, haut médium et aigu du haut-parleur coaxial de la figure 1A, sans filtrage ; et - la figure 5 présente une réponse polaire à 10000 Hz des voies de haut médium et aigu du haut-parleur coaxial de la figure 1A, sans filtrage. 6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Dans le mode de réalisation particulier de l'invention présenté sur la figure lA, on suppose que l'enceinte acoustique 10 est à trois voies : une voie de bas médium, une voie de haut médium et une voie d'aigu. L'invention peut cependant également s'appliquer avec deux voies ou plus de trois voies. L'enceinte acoustique comprend : - un bloc 7 d'obtention d'un signal de commande de directivité 13 ; - un étage de conversion analogique/numérique comprenant un convertisseur analogique/numérique (CAN) 2, qui reçoit un signal audio source 1, dans l'éventualité où le signal d'entrée 1 n'est pas numérique ; - un étage de filtrage 3, qui reçoit le signal 8 sortant du convertisseur analogique/numérique (CAN) 2, ainsi que le signal de commande de directivité 13. Il génère trois signaux 91, 92 et 93, correspondant aux trois voies précitées. Un exemple de réalisation de cet étage de filtrage 3 est décrit ci-dessous, en relation avec la figure 1B ; - un étage de conversion numérique/analogique 4 comprenant trois convertisseurs numérique/analogique (CNA) 411, 412 et 413, recevant chacun l'un des signaux 91, 92 et 93 générés par l'étage de filtrage 3 ; - un étage d'amplification 5 comprenant trois amplificateurs 51f, 512 et 513, recevant chacun l'un des signaux 111, 112 et 113 générés par l'étage de conversion numérique/analogique 4 ; - un étage de transduction 6 comprenant trois transducteurs 611, 612 et 613, comprenant chacun une membrane et un moyen d' actionnement électrodynamique (bobine, circuit magnétique et saladier typiquement). Chaque transducteur reçoit l'un des signaux 12f, 122 et 123 générés par l'étage d'amplification 5. Dans une variante de réalisation, l'étage d'amplification 5 est numérique (c'est-à- dire comprenant des amplificateurs capables de recevoir et traiter les signaux numériques 9i, 92 et 93 générés par l'étage de filtrage 3), et l'enceinte acoustique ne comprend pas l'étage de conversion numérique/analogique 4. Les transducteurs des voies de bas médium et de haut médium comprennent par exemple deux membranes (une dans chaque transducteur), réalisées sous forme d'anneaux circulaires concentriques. Le transducteur de la voie d'aigu comprend par exemple un dôme. Le bloc 7 d'obtention du signal de commande de directivité 13 comprend par exemple un potentiomètre de réglage, permettant à l'utilisateur de faire varier aisément la directivité de l'enceinte. Dans une variante, le signal de commande de directivité 13 est véhiculé en même temps que le signal audio source 1 (sous forme par exemple de « métadonnées ») et le bloc 7 d'obtention de ce signal de commande de directivité 13 comprend des moyens de réception d'un flux de données (contenant le signal audio source 1 et le signal de commande de directivité 13) et des moyens d'extraction du signal de commande de directivité 13 contenu dans ce flux de données.

Dans l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1B, l'étage de filtrage 3 comprend : - un étage d'égalisation d'amplitude, comprenant un filtre égaliseur 31 qui reçoit le signal 8 sortant du convertisseur analogique/numérique (CAN) 2, ainsi que le signal de commande de directivité 13 ; - un étage de mise en phase des voies (ajustement des retards dus aux décalages axiaux des membranes), comprenant trois lignes à retard 32f, 322 et 323, recevant chacun le signal de sortie du filtre égaliseur 31. Chacune des lignes à retard correspond à une des trois voies précitées ; - un étage de filtrage séparateur et de contrôle de la directivité, comprenant trois filtres 33f, 332 et 333, correspondant chacun à une des trois voies précitées.

Chacun des filtres reçoit le signal de sortie de l'une des lignes à retard 32f, 322 et 323, ainsi que le signal de commande de directivité 13. Les filtres des différentes voies sont donc fonction de la bande passante d'utilisation de chaque transducteur mais aussi de la directivité souhaitée par l'utilisateur. Le filtre égaliseur 31 permet de corriger les écarts sur l'équilibre fréquentiel et de garantir ainsi l'équilibre tonal quelle que soit la directivité retenue. En pratique, ce filtre égaliseur 31 peut être intégré dans le filtre de séparation de voie 331, 332 ou 333 de chacune des voies. Ceci permet de réduire la charge de calcul d'un DSP mettant en oeuvre l'étage de filtrage 3. La figure 2 présente un exemple de réponse en fréquence, dans l'axe du haut- parleur coaxial de la figure 1A, pour chacune des trois voies, sans filtrage. Dans cet exemple : - la voie de bas médium (LM pour « Low Mid » en anglais) non filtrée couvre une bande fréquentielle d'environ 80 Hz - 8 kHz (courbe de réponse en fréquence référencée 71) ; - la voie de haut médium (HM, pour « High Mid » en anglais) non filtrée couvre une bande fréquentielle d'environ 250 Hz - 10 kHz (courbe de réponse en fréquence référencée 72) ; et - la voie d'aigu (TW, pour « Tweeter » en anglais) non filtrée couvre une bande fréquentielle d'environ 2 kHz - 20 kHz (courbe de réponse en fréquence référencée 73). Les voies de bas médium et haut médium non filtrées ont donc une bande passante commune (bande de recouvrement) s'étendant de 250 Hz à 8 kHz. Dans cette bande de recouvrement, il est donc possible de combiner leurs contributions afin de modifier la directivité de l'enceinte filtrée.

A titre d'exemple, la figure 3 montre la réponse polaire (diagramme de directivité) des voies de bas médium (courbe référencée 81) et haut médium (courbe référencée 82) à 1250 Hz, sans filtrage. Comme attendu, on constate que la directivité est plus large pour la voie de haut médium comprenant la (les) membrane(s) la (les) plus petite(s), et plus étroite pour la voie de bas médium comprenant la (les) membrane(s) la (les) plus grande(s).

Si l'utilisateur désire obtenir la directivité la plus étroite (matérialisée par la courbe référencée 81) à cette fréquence de1250 Hz, le filtrage devra être tel que toute la contribution de l'enceinte à cette fréquence soit apportée par le transducteur de bas médium et que la contribution du transducteur de haut médium soit nulle (donc complètement filtrée) à cette fréquence.

A l'inverse, si l'utilisateur désire obtenir la directivité la plus large (matérialisée par la courbe référencée 82) à cette fréquence de 1250 Hz, le filtrage devra être tel que toute la contribution de l'enceinte à cette fréquence soit apportée par le transducteur de haut médium et que la contribution du transducteur de bas médium soit nulle (donc complètement filtrée) à cette fréquence.

Le tableau ci-dessous résume la situation : Pondération sur le filtre de bas médium 331 Pondération sur le filtre de haut médium 332 Directivité obtenue (après filtrage) 1 0 Courbe la plus pincée (référencée 81) 0 1 Courbe la plus large (référencée 82) Bien entendu, entre ces deux valeurs extrêmes de la directivité, les pondérations peuvent être intermédiaires entre 0 et 1 sur chacune des voies, de sorte à obtenir des diagrammes de directivité intermédiaires entre ces deux extrêmes. De façon similaire, la figure 2 montre que les voies de haut médium et aigu ont une bande passante commune (bande de recouvrement) s'étendant de 2 kHz à 10 kHz. Dans cette bande de recouvrement, il est donc possible de combiner leurs contributions afin de modifier la directivité de l'enceinte filtrée. A titre d'exemple, la figure 5 montre la réponse polaire (diagramme de directivité) des voies de haut médium (courbe référencée 101) et aigu (courbe référencée 102) à 10000 Hz, sans filtrage. Comme attendu, on constate que la directivité est plus large pour la voie d'aigu comprenant la membrane (dôme) la plus petite, et plus étroite pour la voie de haut médium comprenant la membrane la plus grande.

Si l'utilisateur désire obtenir la directivité la plus étroite (matérialisée par la courbe référencée 101) à cette fréquence de 10000 Hz, le filtrage devra être tel que toute la contribution de l'enceinte à cette fréquence soit apportée par le transducteur de haut médium et que la contribution du transducteur d'aigu soit nulle (donc complètement filtrée) à cette fréquence. A l'inverse, si l'utilisateur désire obtenir la directivité la plus large (matérialisée par la courbe référencée 102) à cette fréquence de 10000 Hz, le filtrage devra être tel que toute la contribution de l'enceinte à cette fréquence soit apportée par le transducteur d'aigu et que la contribution du transducteur de haut médium soit nulle (donc complètement filtrée) à cette fréquence. Le tableau ci-dessous résume la situation : Pondération sur le filtre de haut médium 332 Pondération sur le filtre d'aigu 333 Directivité obtenue (après filtrage) 1 0 Courbe la plus pincée (référencée 101) 0 1 Courbe la plus large (référencée 102) Bien entendu, entre ces deux valeurs extrêmes de la directivité, les pondérations peuvent être intermédiaires entre 0 et 1 sur chacune des voies, de sorte à obtenir des diagrammes de directivité intermédiaires entre ces deux extrêmes.

On remarquera sur la figure 2 que la bande 2 kHz - 8 kHz peut être couverte par les trois transducteurs (c'est-à-dire les trois voies). Dans cette bande de recouvrement, les diagrammes polaires des trois voies peuvent être combinés (de la même façon que celle expliquée ci-dessus pour deux voies), afin d'obtenir un panel de variation de directivité plus étendu. A titre d'exemple, la figure 4 montre la réponse polaire (diagramme de directivité) des voies de bas médium (courbe référencée 91), haut médium (courbe référencée 92) et aigu (courbe référencée 93) à 5000 Hz, sans filtrage. Comme attendu, on constate que, par ordre décroissant de largeur de directivité, on a la directivité de la voie d'aigu, celle de la voie de haut médium et enfin celle de la voie de bas médium.

En résumé, dans l'exemple de la figure 2, on a plusieurs bandes de recouvrement, à savoir : - de 250 Hz à 2 kHz, pour la bande de recouvrement entre les voies de bas médium et haut médium non filtrées ; - de 2 kHz à 8 kHz, pour la bande de recouvrement entre les voies de bas médium, haut médium et aigu non filtrées ; - de 8 kHz à 10 kHz, pour la bande de recouvrement entre les voies de haut médium et aigu non filtrées. La solution proposée permet donc d'utiliser ce haut-parleur coaxial, sur une bande étendue de 250 Hz à 10 kHz par exemple, comme un haut-parleur dont la directivité est variable et contrôlée (en fonction du signal de commande de directivité 13). De façon avantageuse, il est préférable de choisir des tailles de membranes de dimensions très différentes (sous réserve d'aboutir à une bande passante voulue pour chacun des haut-parleurs), de sorte à pouvoir obtenir des diagrammes de directivité eux- mêmes très différents et d'obtenir par conséquent un panel de réglage de directivité plus étendu. Dans une variante de réalisation plus élaborée, le diagramme de rayonnement de chaque transducteur (chaque voie filtrée), c'est-à-dire la contribution de chaque transducteur à une fréquence donnée, est modulable : - non seulement au moyen d'une pondération de l'amplitude du filtre de la voie de ce transducteur à cette fréquence (pondération réalisée au moyen du gain du filtre à la fréquence considérée), comme c'est le cas dans l'exemple ci-dessus, - mais aussi au travers d'une pondération de la phase du filtre de la voie de ce transducteur à cette même fréquence (pondération réalisée au moyen de la phase du filtre à cette même fréquence). La synthèse de filtre permettant d'obtenir le gain et la phase des filtres des différentes voies peut mettre en oeuvre l'algorithme optimal étayé dans l'article [1] précité. En d'autres termes, on fixe des contraintes (fonction coût intégrant par exemple la réponse axiale, le diagramme de rayonnement et l'indice de directivité) et on obtient grâce à l'algorithme utilisé un vecteur de filtrage précisant l'amplitude et la phase à appliquer par chaque filtre, dans chaque bande de recouvrement, pour obtenir un filtrage remplissant au mieux les contraintes. Le signal de commande de directivité 13 peut par exemple être proportionnel au paramètre DIav c'est-à-dire à l'indice de directivité moyen recherché (cf. équation (14) de l'article précité). L'étage de filtrage 3 (cf figure 1A) est par exemple mise en oeuvre au moins partiellement sous la forme d'un DSP (ou autre processeur) exécutant au moins un programme de filtrage déterminé. Plus généralement, cet étage de filtrage 3 se réalise indifféremment : - selon une solution logicielle, c'est-à-dire sur une machine de calcul reprogrammable (ordinateur PC, processeur, DSP, microcontrôleur...) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou - selon une solution matérielle, c'est-à-dire sur une machine de calcul dédiée (par exemple un composant de type FPGA (« Field Programmable Gate Array » en anglais) ou ASIC (« Application-Specific Integrated Circuit » en anglais) comprenant un ensemble de portes logiques. Dans le cas où l'invention est implantée sur une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible par un ordinateur ou un processeur. Dans l'exemple décrit ci-dessus, le haut-parleur coaxial comprend trois voies (bas médium, haut médium et aigu), le transducteur de chacune des voies de bas médium et de haut médium comprend une membrane de forme annulaire et le transducteur de la voie d'aigu comprend une membrane en forme de dôme. Il est clair que de nombreux autres modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés. On peut notamment prévoir un haut-parleur comprenant seulement deux voies ou plus de trois voies.

Claims

REVENDICATIONS1. Enceinte acoustique (10) comprenant : - un haut-parleur coaxial (6) comprenant au moins deux membranes coaxiales (611, 612, 613) reproduisant chacune une bande de fréquences différente, et - des moyens de filtrage (3) permettant de générer, à partir d'un signal audio source (1, 8), une pluralité de signaux d'activation (9i, 92, 93) alimentant chacun un moyen d'actionnement d'une des membranes, caractérisée en ce qu'elle possède une plage de fonctionnement à directivité variable et contrôlée, dont chaque fréquence appartient à au moins deux des bandes de fréquences reproduites par les membranes, en ce qu'elle comprend des moyens (7) d'obtention d'un signal de commande de directivité (13), et en ce que les moyens de filtrage permettent, pour chaque fréquence de ladite plage de fonctionnement, de doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution de chacune des au moins deux membranes reproduisant ladite fréquence.
2. Enceinte acoustique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le haut-parleur coaxial comprend au moins trois membranes coaxiales (611, 612, 613) reproduisant chacune une bande de fréquences différente, et en ce que ladite plage de fonctionnement est composée d'au moins deux bandes conjointes de recouvrement entre les bandes de fréquences reproduites par lesdites au moins trois membranes.
3. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens (7) d'obtention du signal de commande de directivité comprennent des moyens de réglage de la valeur dudit signal de commande de directivité par un utilisateur.
4. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens (7) d'obtention du signal de commande de directivité comprennent : - des moyens de réception d'un flux de données contenant ledit signal audio source et ledit signal de commande de directivité ; et - des moyens d'extraction du signal de commande de directivité contenu dans le flux de données.
5. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le haut-parleur coaxial comprend au moins trois membranes (611, 612, 613) formant au moins trois voies adjacentes appartenant au groupe comprenant : une voie de grave, une voie de bas médium, une voie de haut médium et une voie d'aigu.
6. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'égalisation (31), placés en amont des moyens de filtrage (331, 332, 333) et agissant en fonction du signal de commande de directivité.
7. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de filtrage sont mis en oeuvre au moins partiellement sous la forme d'un processeur exécutant au moins un programme de filtrage déterminé.
8. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que pour doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution d'une membrane donnée à une fréquence donnée, les moyens de filtrage agissent sur l'amplitude d'une onde sonore générée par la membrane donnée à la fréquence donnée.
9. Enceinte acoustique selon la revendication 8, caractérisée en ce que pour doser, en fonction du signal de commande de directivité, la contribution de la membrane donnée à la fréquence donnée, les moyens de filtrage agissent en outre sur la phase de l'onde sonore générée par la membrane donnée à la fréquence donnée.
10. Enceinte acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que, pour chaque fréquence de ladite plage de fonctionnement, le signal de commande de directivité est proportionnel à un indice de directivité moyen souhaité pour l'enceinte à ladite fréquence.
11. Signal transportant un flux de données contenant un signal audio source (1) et un signal de commande de directivité (13), ledit signal de commande de directivité permettant de contrôler et faire varier de façon dynamique la directivité d'une enceinte acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.