WO2012066265A1 - Systeme de correction de spectre destine notamment a une salle de spectacle - Google Patents

Systeme de correction de spectre destine notamment a une salle de spectacle Download PDF

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WO2012066265A1
WO2012066265A1 PCT/FR2011/052905 FR2011052905W WO2012066265A1 WO 2012066265 A1 WO2012066265 A1 WO 2012066265A1 FR 2011052905 W FR2011052905 W FR 2011052905W WO 2012066265 A1 WO2012066265 A1 WO 2012066265A1
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correction system
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Isabelle Schmich
Delphine Devallez
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C.S.T.B. Centre Scientifique Et Technique Du Batiment
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    • H04R29/007—Monitoring arrangements; Testing arrangements for public address systems

Definitions

  • the present invention relates to a correction system of signal spectrum to be corrected having a frequency response to correspond to a desired frequency response, system consisting of at least one cell comprising an input device for receiving said signals to be corrected, a device for output for providing output signals having a corrected frequency response to obtain a desired frequency response, a spectrum equalizer for providing signals to be output to the output device.
  • This kind of system can find many applications where it is important to modify the signal spectrum. For example, higher levels may be set for frequency components of signals to be transmitted over a line that tends to attenuate high frequencies. It is also possible to provide spectrum corrections in optical fiber amplifiers, see for example, patent document: US 2002/0093725.
  • the present invention finds an important application in the field of active reverberation systems which are aimed rather at modifying the acoustic properties of theaters where an adaptation of the acoustics is necessary according to the spectacle produced, in particular reverberation, this does not exclude to also bring amplification.
  • the invention can also be used by sound systems, where amplification must be made to sound events occurring on the stage.
  • a problem to be solved by the invention is the equalization of the response of the cell. It has been proposed for this kind of system to use manual settings which modify the filtering so as to obtain a satisfactory frequency spectrum. It may occur that frequencies become too important (emergences also called peaks) and should be attenuated to avoid staining or instability of the device due to the feedback effect. Manual settings are considered difficult and require too much adjustment time.
  • the invention aims at a device of this kind but with other means that provide a more satisfactory operation while providing additional opportunities to improve performance.
  • the spectrum equalization device involves a response leveling circuit for equalizing the amplitude of a first frequency response corresponding to a target response close to the response. desired and a circuit for removing residual peaks.
  • the response leveling circuit operates on a logarithmic frequency scale and the residual peak suppression circuit on the linear frequency scale response.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention
  • FIG. 2 shows a theater in which the cells composing the electroacoustic system are arranged, as well as the detail of a cell including the invention
  • FIG. 3 shows the structure of the electroacoustic system during the acquisition of the input data (response of the open-loop system)
  • FIG. 4 explains the various treatments performed from the input signal to the output signal of a cell.
  • FIG. 5 shows the structure of biquadratic filters used by the electroacoustic system
  • FIG. 6 shows the calculation algorithm performed on an impulse response of the response of the open-loop system to obtain the equalization parameters of the cell
  • FIG. 7 shows a flow diagram explaining a phase of leveling of the frequency response
  • Figure 8 shows a flow chart explaining the removal of residual peaks in the frequency response.
  • the common elements all have the same references in all the figures.
  • FIG. 1 very schematically shows a system 1 according to the invention, it is formed of a single cell 2 equipped with an input signal sensor 3 for receiving radio signals, for example, originating from A signal source 4.
  • the transmission of these signals deteriorates their characteristics and certain frequency components are either attenuated or, on the contrary, increased.
  • the system 1 will therefore model the spectrum at the output 5, to provide a corrected spectrum signal approaching the desired spectrum.
  • the system uses a signal processing device 8 formed of digital filters for spectrum equalization and whose filtering commands are determined by a microprocessor assembly 15 and secondary signal processing devices not specified herein and indistinctly referenced 28.
  • the corrections made are defined from a spectrum measured by a measuring device 16 also connected to the microprocessor assembly 15.
  • FIG. 2 there is shown a show scene 17 to which the invention can be applied. On this stage occur artists 18. Different cells (19, 20, 21) say room acoustics correction cells, make up the acoustical correction system. They can be implemented in the theater 17 to improve the acoustics. Only the cell 20 is shown in detail in FIG.
  • the cell 20 consists of a signal receiver, for example, a microphone 22 for picking up the sounds to be processed with a preamplifier 23, at least one signal transmitter formed, for example, of a loudspeaker 24 with an amplifier 25 and the processing unit 8 under the control of the processor assembly 15, for example a computer.
  • the processing unit 8 comprises an equalization or correction device 9 with digital filters 54, secondary signal processing devices not specified herein and indistinctly carrying the reference 28, analog-digital converters 29 and digital-to-digital converters. analogue 30 and a signal generator 31.
  • Figure 3 shows the structure of the system during the acquisition phase of the input data (impulse response of the open-loop system).
  • the signal generator 31 which may be a white or pink noise generator, is used and is used to provide the response 3 ⁇ 4 of the transmitter assembly 22 - theater 17 - receiver 20.
  • Any other acquisition system input data impulse response of the open-loop system can be used in the invention.
  • FIG. 4 shows the signal processing phases performed within the cell 20. These phases involve a chain of treatments.
  • the signal picked up by the receiver 22 passes, first of all, by a preamplifier 23 and an analog-digital converter 29. Then, it is processed in the processing element 8 which is composed of a band-pass filtering circuit 51, followed by a gain control circuit 53 and a biquadratic filter chain 54 whose parameters have been calculated by the algorithms explained in FIGS. 7 and 8. Other treatments 28 may be applied to the signal.
  • the signal passes through a digital-to-analog converter 30 and an amplifier 25 to be emitted by the transmitter, for example the loudspeaker 24.
  • the parameters of the processing performed by the processing unit 8, for example the coefficients of the filters, are determined by the calculation circuit 15 by applying the algorithms, explained in FIGS. 7 and 8, to the impulse response of the open-loop system.
  • the structure of the filters 54 may be in the form shown in FIG. 5.
  • This structure is known as a biquadratic filter.
  • This structure is formed of delay devices 71, 72, 73 and 74, each bringing a delay equal to a sampling period defined by the analog-digital converters 29 and digital-analog converters 30.
  • This structure comprises a transverse portion 80 and a recursive portion 82.
  • the different samples before being delayed by the delay devices 71 and 72 are multiplied by a first weighting coefficient "bl" and the samples delayed by weighting coefficients b 2 and b3. This is achieved by the multipliers 90, 91, 92 respectively.
  • the weighted samples are added by the adders 93 and 94.
  • the recursive part 82 is composed of the delay devices 73 and 74 delaying the samples at the output of this recursive part to be applied to its input after weighting by the coefficients -al and -a2, obtained by the multipliers 95 and 96. weighted samples are then added to the input sample of the recursive part by means of adders 97 and 98.
  • N and M are respectively the number of delay devices cascaded respectively in the transverse portion 80 and recursively 82.
  • FIG. 6 shows the calculation phases carried out within the calculation circuit 15 in order to control the equalization.
  • the input data is composed of elements "ri" of the impulse response of the response of the open-loop system 40 of the cell 20.
  • the signal is first filtered by a band-pass filtering circuit 41 and the gain is adjusted by a gain circuit 42 with respect to a previously determined target response 49.
  • the values of the high and low frequencies of the bandpass filter can be adjusted automatically during the processing 43.
  • the target response 49 is again determined and the gain adjusted by a gain circuit 44.
  • the equalization is then performed by a circuit This leveling is done by considering the logarithm of the response being treated.
  • a gain readjustment 46 is provided with respect to the average gain of the signal.
  • the processing ends in a peak suppression circuit 11.
  • an optimization algorithm is used to define the target spectrum, which is also in the form of a bandpass filter.
  • the algorithm will seek to optimize the parameters of the bandpass filter so that it gets as close as possible to the loudspeaker - auditorium 3 ⁇ 4 response.
  • the error is evaluated between the frequency response of the loudspeaker and theater assembly 3 ⁇ 4 with respect to the desired transfer function H targe t which have been previously smoothed and resampled on a frequency scale logarithmic: î Hf
  • the cutoff frequency values of the initial bandpass filter can be automatically readjusted.
  • the procedure implemented detects peaks having a value greater than a maximum value G max .
  • the detection is carried out according to a procedure that derives from the "findpeaks" function of the Matlab VOICEBOX toolbox: http://www.ee. ic.ac.uk/hp/staff/drnb/voicebox/voicebox.html.
  • This function finds peaks for frequencies above a predefined value that are above a maximum value G max by examining the rise and fall of the curve.
  • This function also eliminates the lowest peak of a pair whose distance is smaller than a range of predefined frequencies. If peaks are found, the upper high cutoff frequency is lowered by a predefined step.
  • peaks are detected on the open-loop system response for frequencies below a predefined value. This response of the open loop system was previously smoothed and resampled on a logarithmic frequency scale. If peaks greater than a predefined threshold gain are detected, the low cutoff frequency is increased by a previously defined value.
  • the impulse response is then filtered with the new bandpass filter and the peak detection is reiterated. This iterative procedure ends when no peak is found, or the high cutoff frequency has dropped below a previously defined value or the low cutoff frequency has reached a previously defined maximum limit value.
  • the algorithm for leveling the response aims to find the optimal coefficients of biquadratic filters so as to minimize the error between the frequency response of the transmitter, theater and receiver set 3 ⁇ 4 with respect to a desired transfer function H targe t.
  • This iterative algorithm consists of two successive processes. The first process detects the main peaks of the response that is previously smoothed and resampled on a logarithmic frequency scale and the second determines the optimal filter that compensates for the chosen peak.
  • the leveling operation is explained by the flowchart shown in Figure 7.
  • the box (K1) indicates that we start from the knowledge of the initial filters and H targe t 5 iog, which are the transfer functions smoothed and resampled on a logarithmic frequency scale.
  • the box (Kl 1) indicates a test on the possibility of the presence of peaks that would not have been compensated. If all the peaks have been compensated then said leveling phase is over and we go to box (K7). If there are unmatched peaks, go to box (K13).
  • the box (Kl 3) concerns the progress of an optimization algorithm that will determine the optimal parameters (fc, G, W, AG) opt of a biquadratic filter that compensates the peak of rank i.
  • fc is the center frequency of the filter
  • G is the gain at that frequency
  • W is the bandwidth of the filter
  • AG is the gain difference before and after the center frequency of the filter.
  • 3 ⁇ 4 and 3 ⁇ 4 are respectively the first and last sample on the frequency band to be processed, and f k is the k th frequency sample on the logarithmic frequency scale.
  • the efficiency of the filter is tested. This improvement is based on the following criteria: If the error e mean i is reduced by a value predefined by the filter which has just been calculated and if IG op t I or I AG op t I is reduced by at least one predefined value, then the filter brings a improvement.
  • the goal of the peak suppression algorithm is to find the optimal coefficients of biquadratic filters to minimize the error between the frequency response of the transmitter, theater and receiver set 3 ⁇ 4 and a predefined G max limit gain.
  • G max defines the maximum limit allowed for the amplitude response.
  • the main peaks are determined using Q2 and are ranked in descending order of level.
  • the detection is carried out in a manner similar to that already described above.
  • the peak detection is carried out as described above according to a procedure that derives from the function "f pollpeaks" of Matlab toolbox VOICEBOX: http: // w ww. ee. ic. ac.uk/hp/stafFdmb/voicebox/voicebox.html. Any other method of determining peaks can be used and is within the scope of the invention.
  • This constraint function takes into account the maximum relative gain of the transmitter, room and receiver response compared to the limit G max belonging to the bandwidth of the parametric filter.
  • the algorithm is now directed to solve the problem: min mean 2 e (fc, G, W) given the constraint: p (f c, G, W) ⁇ 0

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Abstract

Ce système électroacoustique lorsqu'il s'applique notamment à une salle de spectacle (17) comporte une pluralité de cellules (19, 20, 21). Dans ces cellules sont prévus: un dispositif d'égalisation (26), un émetteur (24), un récepteur (22), un circuit d'amplification (23, 25) pour amplifier les signaux issus du récepteur vers ledit émetteur et un organe de calcul(15) qui va agir, entre autres, sur le dispositif d'égalisation(26). On propose de mesurer la réponse émetteur, salle de spectacle observée au niveau du récepteur en utilisant, notamment, un signal de mesure fourni par un générateur de bruit(28) ou tout autre méthode de mesure permettant d'obtenir la réponse du système en boucle ouverte. Le dispositif d'égalisation va œuvrer pour que ladite réponse se rapproche le plus d'une réponse désirée. Application: modification des propriétés acoustiques de salles de spectacle.

Description

« Système de correction de spectre destiné notamment à une salle de spectacle.»
La présente invention concerne un système de correction de spectre de signaux à corriger présentant une réponse fréquentielle devant correspondre à une réponse fréquentielle désirée, système formé d'au moins une cellule comportant un dispositif d'entrée pour recevoir lesdits signaux à corriger, un dispositif de sortie pour fournir des signaux de sortie présentant une réponse fréquentielle corrigée pour obtenir une réponse fréquentielle désirée, un dispositif d'égalisation de spectre pour fournir des signaux à restituer au dispositif de sortie.
Ce genre de système peut trouver de nombreuses applications où il est important de modifier le spectre de signaux. Par exemple, on peut mettre des niveaux plus importants pour des composantes fréquentielles de signaux devant être transmis sur une ligne qui a tendance à atténuer les fréquences élevées. Il est possible aussi de prévoir des corrections de spectre dans les amplificateurs de fibres optiques, voir par exemple, le document de brevet : US 2002/0093725. La présente invention trouve une application importante dans le domaine des systèmes à réverbération active qui visent plutôt la modification des propriétés acoustiques de salles de spectacle où une adaptation de l'acoustique est nécessaire selon le spectacle produit, notamment la réverbération, ceci n'exclut pas d'apporter aussi une amplification. L'invention peut aussi être utilisée par des systèmes de sonorisation, où une amplification doit être apportée aux manifestations sonores se produisant sur la scène de spectacle.
Un problème que doit résoudre l'invention est l'égalisation de la réponse de la cellule. Il a été proposé pour ce genre de système d'utiliser des réglages manuels qui modifient le filtrage de sorte à obtenir un spectre en fréquences satisfaisant. Il peut survenir que des fréquences prennent trop d'importance (émergences aussi appelées pics) et il convient de les atténuer afin d'éviter les colorations ou l'instabilité du dispositif due à l'effet Larsen. Les réglages manuels sont considérés comme pénibles et nécessitent un temps de réglage trop important.
Un système du genre mentionné comportant un dispositif d'égalisation de la réponse du haut-parleur est décrit dans le brevet des états d'Amérique US 6 721 428 où il est proposé d'utiliser des mesures qui fournissent une égalisation automatique en utilisant certains algorithmes.
L'invention vise un dispositif de ce genre mais avec d'autres moyens qui apportent un fonctionnement plus satisfaisant tout en procurant des possibilités supplémentaires pour améliorer les performances.
Pour cela, un système du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que le dispositif d'égalisation de spectre implique un circuit de nivellement de réponse pour égaliser l'amplitude d'une première réponse fréquentielle correspondant à une réponse cible proche de la réponse désirée et un circuit de suppression de pics résiduels. Selon un mode de réalisation, le circuit de nivellement de réponse opère sur une échelle de fréquences logarithmique et le circuit de suppression de pics résiduels, sur la réponse en échelle fréquentielle linéaire. Ces traitements correspondent bien à la perception de l'oreille : le nivellement est fait sous forme logarithmique et la suppression de pics est faite d'une manière plus rapide et plus précise ce qui les élimine d'une façon efficace.
La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Dans les dessins :
La figure 1 montre un système conforme à l'invention,
la figure 2 montre une salle de spectacle dans laquelle sont disposées les cellules composant le système électroacoustique ainsi que le détail d'une cellule incluant l'invention,
la figure 3 montre la structure du système électroacoustique lors de l'acquisition des données d'entrée (réponse du système en boucle ouverte),
la figure 4 explicite les différents traitements effectués du signal d'entrée jusqu'au signal de sortie d'une cellule.
la figure 5 montre la structure de filtres biquadratiques utilisés par le système électroacoustique,
la figure 6 montre l'algorithme de calcul effectué sur une réponse impulsionnelle de la réponse du système en boucle ouverte pour obtenir les paramètres d'égalisation de la cellule, la figure 7 montre un organigramme explicitant une phase de nivellement de la réponse en fréquence,
la figure 8 montre un organigramme explicitant la suppression de pics résiduels de la réponse en fréquence. Sur ces figures, les éléments communs portent tous les mêmes références sur toutes les figures.
A la figure 1, on a montré très schématiquement un système 1 conforme à l'invention, il est formé d'une seule cellule 2 munie d'un capteur de signal d'entrée 3 pour recevoir des signaux radioélectriques, par exemple, provenant d'une source de signal 4. La transmission de ces signaux détériore leurs caractéristiques et certaines composantes fréquentielles sont, soit atténuées, soit au contraire augmentées. Le système 1 va donc modeler le spectre à la sortie 5, pour fournir un signal à spectre corrigé s'approchant du spectre désiré. Pour obtenir cela, le système utilise un dispositif de traitement du signal 8 formé de filtres numériques pour l'égalisation de spectre et dont les commandes de filtrage sont déterminées par un ensemble à microprocesseur 15 et des dispositifs secondaires de traitements du signal non précisés ici et portant indistinctement la référence 28. Les corrections apportées sont définies à partir d'un spectre mesuré par un dispositif de mesure 16 connecté aussi à l'ensemble à microprocesseur 15.
A la figure 2, on a montré une scène de spectacle 17 à laquelle l'invention peut s'appliquer. Sur cette scène se produisent des artistes 18. Différentes cellules (19, 20, 21) dites cellules de correction d'acoustique de salle, composent le système de correction d'acoustique. Elles peuvent être implémentées dans la salle de spectacle 17 en vue d'améliorer l'acoustique. Seule la cellule 20 est montrée en détail sur la figure 2.
La cellule 20 se compose d'un récepteur de signal, par exemple, un microphone 22 pour capter les sons à traiter avec un préamplificateur 23, d'au moins un émetteur de signal formé, par exemple, d'un haut-parleur 24 avec un amplificateur 25 et de l'organe de traitement 8 sous la dépendance de l'ensemble à processeur 15, par exemple un ordinateur. L'organe de traitement 8 comporte un dispositif d'égalisation ou de correction 9 avec des filtres numériques 54, des dispositifs secondaires de traitements du signal non précisés ici et portant indistinctement la référence 28, des convertisseurs analogiques-numériques 29 et des convertisseurs numériques-analogiques 30 ainsi qu'un générateur de signal 31. La figure 3 montre la structure du système lors de la phase d'acquisition des données d'entrée (réponse impulsionnelle du système en boucle ouverte). Lors de cette phase on fait intervenir le générateur de signal 31 qui peut être un générateur de bruit blanc ou rose et qui est utilisé pour fournir la réponse ¾ du montage émetteur 22 - salle de spectacle 17 - récepteur 20. Tout autre système d'acquisition des données d'entrée (réponse impulsionnelle du système en boucle ouverte) peut être utilisé dans l'invention.
La figure 4 montre les phases du traitement du signal effectuées au sein de la cellule 20. Ces phases impliquent une chaîne de traitements. Le signal capté par le récepteur 22 passe, tout d'abord, par un préamplificateur 23 et un convertisseur analogique- numérique 29. Puis, il est traité dans l'organe de traitement 8 qui est composé d'un circuit de filtrage passe-bande 51, suivi d'un circuit de réglage de gain 53 et d'une chaîne de filtres biquadratiques 54 dont les paramètres ont été calculés par les algorithmes explicités aux figures 7 et 8. D'autres traitements 28 peuvent être appliqués au signal. Puis, le signal passe par un convertisseur numérique-analogique 30 et un amplificateur 25 pour être émis par l'émetteur, par exemple le haut-parleur 24. Les paramètres des traitements réalisés par l'organe de traitement 8, par exemple les coefficients des filtres, sont déterminés par le circuit de calcul 15 en appliquant les algorithmes, explicités aux figures 7 et 8, à la réponse impulsionnelle du système en boucle ouverte.
La structure des filtres 54 peut se présenter sous la forme montrée à la figure 5. Cette structure est connue sous le nom de filtre biquadratique. Cette structure est formée de dispositifs de retard 71, 72, 73 et 74, amenant, chacun, un retard égal à une période d'échantillonnage définie par les convertisseurs analogiques-numériques 29 et numériques- analogiques 30. Cette structure comporte une partie transversale 80 et une partie récursive 82. Dans la partie transversale 80, les différents échantillons avant d'être retardés par les dispositifs de retard 71 et 72 sont multipliés par un premier coefficient de pondération « bl » et les échantillons retardés par des coefficients de pondérations b2 et b3. Ceci est obtenu par les multiplicateurs 90, 91, 92 respectivement. Les échantillons pondérés sont additionnés par les additionneurs 93 et 94.
La partie récursive 82 est composée des dispositifs de retard 73 et 74 retardant les échantillons à la sortie de cette partie récursive pour être appliqués à son entrée après pondérations par les coefficients -al et -a2, obtenues par les multiplicateurs 95 et 96. Les échantillons ainsi pondérés sont ensuite additionnés à l'échantillon d'entrée de la partie récursive au moyen d'additionneurs 97 et 98.
La fonction de transfert Hst(z) de cette structure peut s'écrire :
N
Figure imgf000007_0001
où N et M sont respectivement le nombre de dispositifs de retard montés en cascade dans respectivement les partie transversale 80 et récursive 82.
C'est en jouant sur la valeur des coefficients ai et bi que l'on peut obtenir des filtrages appropriés. Les traitements numériques synthétisent ces filtrages.
La figure 6 montre les phases de calculs effectués au sein du circuit de calcul 15 en vue de commander l'égalisation. Les données d'entrées sont composées des éléments « ri » de la réponse impulsionnelle de la réponse du système en boucle ouverte 40 de la cellule 20. Le signal est tout d'abord filtré par un circuit de filtrage passe-bande 41 et le gain est ajusté par un circuit de gain 42 par rapport à une réponse cible 49 déterminée auparavant. Les valeurs des fréquences haute et basse du filtre passe-bande peuvent être ajustées automatiquement lors du traitement 43. La réponse cible 49 est à nouveau déterminée et le gain ajusté par un circuit de gain 44. L'égalisation s'effectue ensuite par un circuit de nivellement de réponse fréquentielle 10. Ce nivellement se fait en considérant le logarithme de la réponse que l'on traite. On a prévu un réajustement de gain 46 par rapport au gain moyen du signal. Le traitement se termine par un circuit de suppression de pics 11. Comme les pics ont un effet néfaste, la suppression se fait à partir des réponses considérées sur une échelle fréquentielle linéaire, ce qui procure une suppression plus précise. A la fin, on obtient le signal de sortie optimisé « ri opt » montré à la boîte 48 ainsi que les paramètres optimum de réglage pour le dispositif d'égalisation 26.
Les algorithmes mis en œuvre dans ces phases de calculs découlent de l'article suivant :
« Ramos, G., Lôpez, J. J. (2006) Filter Design Method for Loudspeaker Equalization Based on IIR Parametric Filters. J. Audio Eng. Soc, 54 (12), 1162- 1178. » étermination de la réponse cible (49)
Après le filtrage du signal par un filtre passe-bande, un algorithme d'optimisation est utilisé pour définir le spectre cible, qui a également la forme d'un filtre passe-bande. On définit la fonction de transfert souhaitée Htarget avec une fréquence basse ftargetiow, une fréquence haute ftargetup et également un gain Gtarget avec un intervalle d'optimisation pour chaque paramètre. L'algorithme cherchera à optimiser les paramètres du filtre passe-bande pour qu'il s'approche au mieux à la réponse haut parleur - salle de spectacle ¾. On évalue l'erreur entre la réponse en fréquence de l'ensemble haut-parleur et salle de spectacle ¾ vis-à-vis de la fonction de transfert souhaitée Htarget qui ont été préalablement lissées et ré-échantillonnées sur une échelle de fréquences logarithmique : î Hf
emean0 ~ ~ _ + ' ∑ y^lr, log {fk )— ^target, log (fk ) où ¾ et nf sont respectivement le premier et dernier échantillon sur la bande de fréquences à traiter, fk est le kieme échantillon fréquentiel sur l'échelle de fréquences logarithmique, et Hirii0g et Htarget,iog sont les fonctions de transfert sur l 'échelle de fréquences logarithmique. L'optimisation consiste à trouver les paramètres qui minimisent cette erreur. Pour ce calcul, on utilise l'algorithme DIRECT. La description de cet algorithme est décrit dans l'article « DIRECT A Global Optimization Algorithm » qui peut être trouvé sur le lien: http://w\vw.optimization-online.org DB_FILE/2004/08/934.pdf
Tout autre méthode d'optimisation des paramètres pour obtenir la réponse cible (49) peut être utilisée.
e circuit de réglage des fréquences de coupures (43)
Les valeurs des fréquences de coupure du filtre passe-bande initial peuvent être automatiquement réajustées. La procédure mise en œuvre détecte les pics ayant une valeur supérieure à une valeur maximale Gmax. La détection s'effectue selon une procédure qui découle de la fonction « fïndpeaks » de la toolbox Matlab VOICEBOX : http://www.ee. ic.ac.uk/hp/staff/drnb/voicebox/voicebox.html. Cette fonction trouve les pics pour les fréquences au dessus d'une valeur prédéfinie qui sont au-dessus d'une valeur maximale Gmax en examinant les montées et descentes de la courbe. Cette fonction élimine également le pic le plus bas d'une paire dont la distance est plus petite qu'un intervalle de fréquences prédéfini. Si des pics sont trouvés, la fréquence de coupure supérieure haute est abaissée par un pas prédéfini.
De même, les pics sont détectés sur la réponse du système en boucle ouverte pour les fréquences en dessous d'une valeur prédéfinie. Cette réponse du système en boucle ouverte a été préalablement lissée et ré-échantillonnée sur une échelle de fréquences logarithmique. Si des pics supérieurs à un gain seuil prédéfini sont détectés, la fréquence de coupure basse est augmentée d'une valeur définie auparavant.
La réponse impulsionnelle est alors filtrée avec le nouveau filtre passe-bande et la détection de pics est réitérée. Cette procédure itérative se termine lorsqu' aucun pic n'est trouvé, ou que la fréquence de coupure haute est descendue en dessous d'une valeur définie auparavant ou que la fréquence de coupure basse a atteint une valeur maximale limite définie auparavant.
Pour l'ajustement des fréquences de coupure toute autre méthode de détermination des pics peut être utilisée et entre dans le cadre de l'invention.
e circuit de nivellement de réponse (10) (Figure 7)
L'algorithme pour le nivellement de la réponse a pour but de trouver les coefficients optimaux de filtres biquadratiques de manière à minimiser l'erreur entre la réponse en fréquence de l'ensemble émetteur, salle de spectacle et récepteur ¾ vis-à-vis d'une fonction de transfert souhaitée Htarget. Cet algorithme itératif consiste en deux processus successifs. Le premier processus détecte les pics principaux de la réponse qui est préalablement lissée et ré-échantillonnée sur une échelle de fréquences logarithmique et le second détermine le filtre optimal qui permet de compenser le pic choisi. L'opération de nivellement est explicitée par l'organigramme montré à la figure 7.
Sur cette figure, la case (Kl) indique que l'on part de la connaissance des filtres initiaux et Htarget5iog, qui sont les fonctions de transfert lissées et ré-échantillonnées sur une échelle de fréquences logarithmique.
1. A la case (K3) on initialise i à 1 et on calcule ei (f(k)). ei (fk ) = Hlr,\og {fk ) - H target. ,log Wk ) où f(k) représente les échantillons fréquentiels sur l'échelle logarithmique. 2. A la case (K5) on examine s'il y a des pics présents. Si aucun pic n'est trouvé alors on estime que la phase de nivellement de spectre est terminée (K7). Si des pics sont trouvés, alors on passe à la case (K9) où l'on détermine les pics principaux, selon les calculs ci- dessous en se basant sur la fonction ei. Ces pics sont alors classés selon leur niveau décroissant. La détection des pics s'effectue comme décrit plus haut selon une procédure qui découle de la fonction « fîndpeaks » de Matlab toolbox VOICEBOX : http://www.ee.ic.ac.uk/hp/stafC dmb/voicebox/voicebox.html. Toute autre méthode de détermination des pics peut être utilisée et entre aussi dans le cadre de l'invention.
La case (Kl 1) indique un test sur l'éventualité de la présence de pics qui n'auraient pas été compensés. Si tous les pics ont été compensés alors ladite phase de nivellement est terminée et on va donc à la case (K7). S'il y a des pics non compensés, on passe à la case (K13).
3. La case (Kl 3) concerne le déroulement d'un algorithme d'optimisation qui déterminera les paramètres optimaux (fc, G, W, AG )opt d'un filtre biquadratique qui compense le pic de rang i. fc est la fréquence centrale du filtre, G le gain à cette fréquence, W la largeur de bande du filtre, et AG est la différence de gain avant et après la fréquence centrale du filtre.
Le nivellement de la réponse s'arrête si i est plus grand que le nombre de pics détectés. Cette optimisation consiste à minimiser l'erreur emeani emeanl = (fk )|
Figure imgf000010_0001
où ¾ et ¾ sont respectivement le premier et dernier échantillon sur la bande de fréquences à traiter, et fk est le kieme échantillon fréquentiel sur l'échelle de fréquences logarithmique.
Pour ce calcul on utilise l'algorithme DIRECT :
DIRECT A Global Optimization Algorithm, http://www.optimization- online.org/DB FILE/2004/08/934.pdf. Tout autre méthode d'optimisation des paramètres pour obtenir les valeurs (fc, G, W, AG)opt d'un filtre biquadratique qui compense le pic peut être utilisée selon une alternative de l'invention.
4. A la case (K15), on teste l'efficacité du filtre. Cette amélioration repose sur les critères suivants : Si l'erreur emeani est réduite d'une valeur prédéfinie par le filtre qui vient d'être calculé et si I Gopt I ou I AGopt I est réduit d'au moins une valeur prédéfinie, alors le filtre amène une amélioration.
S'il amène une amélioration, on passe à la case (Kl 7) où la réponse ¾r est filtrée par le nouveau filtre (Kl 7). S'il n'amène pas d'amélioration, alors on incrémente i (K19) pour le traitement du prochain pic classé et on passe à la case (Kl 1).
5. Après la substitution du filtre ¾ on retourne à la case (K3). e circuit de suppression de pics (11) (Figure 8).
L'algorithme de suppression de pics a pour but de trouver les coefficients optimaux de filtres biquadratiques pour minimiser l'erreur entre la réponse en fréquence de l'ensemble émetteur, salle de spectacle et récepteur ¾ et un gain limite Gmax prédéfini. Pour minimiser la coloration, entre autres, on détecte des pics non désirés de largeur de bande faible, la réponse ne doit être ni lissée ni ré-échantillonnée sur une échelle de fréquences trop grossière. Le paramètre Gmax définit la limite maximale permise pour la réponse en amplitude. D'une manière semblable à celle décrite pour l'opération de nivellement, la suppression des pics est effectuée par un algorithme itératif impliquant deux processus. Le premier détecte les pics principaux de la réponse et le second détermine le filtre optimal qui compense le pic traité. La suppression de ces pics est explicitée par l'organigramme montré à la figure 8.
Sur cette figure 8, on part sur la base de ¾ et le niveau cible Gdesired (case K21).
1. A la case (K23) on initialise i à 1 et on calcule l'erreur &2 :
Figure imgf000011_0001
On examine à la case (K25) la présence de pics. S'il n'y a pas de pics alors le processus est terminé et on va à la case (K27).
2. A la case (K29), on détermine les pics principaux en utilisant Q2 et on les classe dans l'ordre de niveau décroissant. La détection s'effectue d'une manière semblable à celle déjà décrite ci-dessus.
La détection des pics s'effectue comme décrit plus haut selon une procédure qui découle de la fonction « fîndpeaks » de Matlab toolbox VOICEBOX : http ://w ww . ee. ic . ac.uk/hp/stafFdmb/voicebox/voicebox.html. Toute autre méthode de détermination des pics peut être utilisée et entre dans le cadre de l'invention.
On examine à la case (K31) s'il y a encore des pics à traiter.
3. On exécute, case (K33), l'algorithme du type DIRECT qui trouve les paramètres (fc , G, W) du filtre biquadratique qui minimise l'erreur emean2 : emean2
Figure imgf000012_0001
où ¾ et nf définissent respectivement le premier et le dernier point en fréquence de la bande passante du filtre paramétrique et fc est la fréquence centrale du filtre, G le gain à cette fréquence, W la largeur de bande du filtre. Pour s'assurer que les fréquences émergentes seront assez atténuées, on ajoute une fonction de contrainte p. = max/i (Hfr ( i)) - Gmax
Figure imgf000012_0002
Cette fonction de contrainte tient compte du gain relatif maximal de la réponse émetteur, salle et récepteur comparé à la limite Gmax appartenant à la bande passante du filtre paramétrique. En d'autres termes, l'algorithme est maintenant orienté pour résoudre le problème : min emean2(fc, G,W) compte tenu de la contrainte : p(fc, G,W) < 0
Tout autre méthode d'optimisation des paramètres pour obtenir les valeurs (fc, G, W)opt d'un filtre biquadratique qui compense le pic, convenant à l'invention, peut être utilisée.
4. La case (K35) : Si | Gopt | est au moins égale à une valeur prédéfinie, on filtre la réponse salle haut-parleur avec le filtre optimal opf à la case (K39), et on retourne à la case (K23). Sinon, on incrémente i (K37).
5. On filtre ¾ avec le nouveau filtre ainsi déterminé et on retourne à l'étape 1. L'algorithme s'arrête lorsqu'aucun pic n'est détecté ou quand i devient plus grand que le nombre

Claims

REVENDICATIONS
1- Système de correction de spectre pour des signaux à corriger présentant une réponse fréquentielle devant correspondre à une réponse fréquentielle désirée, système formé d'au moins une cellule (19, 20, ou 21) comportant un dispositif d'entrée (3, 22) pour recevoir lesdits signaux à corriger, un dispositif de sortie (5, 24) pour fournir des signaux de sortie présentant une réponse fréquentielle corrigée se rapprochant de la réponse fréquentielle désirée, un dispositif de traitement du signal (8) comportant un dispositif de correction (9) formé, notamment, de filtres numériques d'égalisation de spectre pour fournir des signaux à restituer au dispositif de sortie caractérisé en ce que le dispositif de correction (9) est prévu pour égaliser, à partir des paramètres issus d'un circuit de nivellement de réponse (10), l'amplitude d'une première réponse fréquentielle (40) par rapport à une réponse cible (49) proche de la réponse désirée et en ce qu'il est prévu aussi un circuit de suppression de pics résiduels.
2- Système de correction de spectre d'égalisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de nivellement de réponse (10) opère en logarithme et le circuit de suppression de pics résiduels (11) sur une réponse en linéaire.
3- Système de correction de spectre selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispositif de traitement de signal (8) comporte une phase de traitement préparatoire effectué par un circuit de filtrage (41) et un de filtrage et d'ajustement de gain (42, 44).
4- Système de correction de spectre selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les filtrages des dispositifs d'égalisation (9) sont établis au moins en partie par des filtres biquadratiques.
5- Système de correction de spectre selon la revendication 4 caractérisé en lesdits filtrages biquadratiques sont réalisés par calculs.
6- Système de correction de spectre selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'on détermine par le circuit de nivellement de réponse (10) et le circuit de suppression de pics résiduels (11) des paramètres fc, G, AW et surtout AG (pour la phase de nivellement) des filtres biquadratiques qui compense un pic de rang i, ces paramètres étant :.
-fc est la fréquence centrale du filtre, -G le gain à cette fréquence,
-W la largeur de bande du filtre, et
AG est la différence de gain avant et après la fréquence centrale du filtre,
le nivellement de la réponse s 'arrêtant si i est plus grand que le nombre de pics détectés, cette optimisation consistant à minimiser l'erreur emeani emeanl = (fk )|
Figure imgf000014_0001
où ¾ et nf sont respectivement le premier et dernier échantillon sur la bande de fréquences et ei l'écart du signal vis à vis de la réponse désirée.
7 - Cellule de modification d'acoustique de salle pour un système selon l'une des revendications 1 à 6.
8 - Système de correction de spectre selon l'une des revendications 1 à 6 appliqué aux salles de spectacles.
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