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WO2017068249A1 - Nouveau procédé de diminution des distorsions de phases acoustiques en automobile - Google Patents

Nouveau procédé de diminution des distorsions de phases acoustiques en automobile Download PDF

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WO2017068249A1
WO2017068249A1 PCT/FR2016/000169 FR2016000169W WO2017068249A1 WO 2017068249 A1 WO2017068249 A1 WO 2017068249A1 FR 2016000169 W FR2016000169 W FR 2016000169W WO 2017068249 A1 WO2017068249 A1 WO 2017068249A1
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    • H04S2400/09—Electronic reduction of distortion of stereophonic sound systems

Definitions

  • the stereophonic process makes it possible to obtain a continuous and homogeneous sound image from two point sources provided that the listener is located equidistant from these two sources.
  • the difference in distance between the speakers and the listeners generates distortions of levels and acoustic phases between the 2 channels which deeply degrade the stereophonic reproduction by car.
  • the present invention belongs to the category of bi-stereophonic methods.
  • All of these methods recommend inverting the stereo phase in certain frequency bands in order to reduce the acoustic phase distortion between the channels and they differ mainly in the operating mode used.
  • Inverting the stereophonic phase consists in applying a phase difference of 180 ° between the two channels, for example by inverting the phase of one of the two channels.
  • phase distortion changes sign and its modulus becomes the 180 ° complement of the original distortion.
  • the present invention is a novel method for improving automobile stereophonic reproduction in a real vehicle to obtain a better result than that obtained by known methods, and this by using the difference between the phase distortions at the two locations of listening.
  • a microphone was placed at each listening position and a pink noise signal was successively applied to each left and right speaker.
  • a signal is applied to the left speaker and the phase difference [ ⁇ 0 - ⁇ ⁇ ? ] 0 between the signal generated by the left microphone and the signal applied to the left speaker.
  • a signal is applied to the right speaker and the phase difference [ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ . ";] ⁇ is measured between the signal generated by the microphone on the left and the signal applied to the right speaker. .
  • the average phase distortion (average absolute values between 100 Hz and 1600 Hz) is 101 ° driver side and 116 ° passenger side a total of 217 ° an average of 108.5 °.
  • the solid curve is the distortion of driver's side residual phase and the dotted curve is the distortion residual passenger side stage after application '' of a reversal of the phase of a channel according to the conventional method c at frequencies favoring the conductor, namely between 100 Hz and 315 Hz and between 1000 Hz and 1250 Hz.
  • the residual distortions are 34 ° driver side and 62 ° passenger side a total of 96 ° and an average of 48 °.
  • the first of the two main ideas of the present invention is to apply a specific treatment to the frequency bands for which [O c -0 0 ] G and [ ⁇ ⁇ - ⁇ ] ⁇ are not of the same sign.
  • the necessary and sufficient condition to obtain a minimum of total distortion at a frequency 'for which the distortions on the right and on the left are not of the same sign is to apply a phase shift between the two channels that make them the same sign.
  • the sum of the distortions obtained is then equal to the difference between the original distortions.
  • ⁇ 0 ⁇ be the phase correction to be applied to the left channel to symmetrize the phase distortions. If symmetrization is possible ⁇ ⁇ must be the solution of 1 equation:
  • Equation 4 has a solution that is:
  • the curves in fine lines are the original distortions and the thick curve symmetrized phase distortion that stands out at an average of 66 °.
  • the fine-line curves are the left and right distortions obtained by the traditional method, that is to say the curves of FIG. 2, and the thick line curve is the residual distortion after symmetrization and inversion of the phase. a channel between 100 Hz and 160Hz and between 315 Hz and 400 Hz. The residual distortion is apparent on both sides at 31 Hz, ie a total of 62 ° compared to the total of 96 ° obtained with the old method, which represents a decrease of 35 % of total distortions.
  • This improvement is due to the treatments that are applied to the frequencies where the distortions are not of the same sign the symmetrization being a particular case.
  • This process may be the subject of an electro-acoustic device for equipping motor vehicles.

Landscapes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Abstract

Ce procédé utilise la différence entre les distorsions acoustiques aux places avant gauche et droite principalement dans les bandes de fréquence pour lesquelles elles ne sont pas de même signe.

Description

Nouveau procédé de diminution des distorsions de phases acoustiques en automobile.
Tous les véhicules de tourisme fabriqués par les constructeurs d'automobiles sont équipés d'un système de haut- parleurs destiné à reproduire les modulations stéréophoniques.
Le procédé stéréophonique permet d'obtenir une image sonore continue et homogène à partir de deux sources ponctuelles à condition que l'auditeur soit situé à égale distance de ces deux sources .
Or, il est impossible que deux auditeurs assis côte à côte dans une automobile soient situés à égale distance de deux haut- parleurs diffusant les canaux gauche et droit.
La différence de distance entre les haut-parleurs et les auditeurs génère des distorsions de niveaux et de phases acoustiques entre les 2 canaux qui dégradent profondément la reproduction stéréophonique en voiture.
Les méthodes pour y remédier se ' classent en deux catégories. D'une part les méthodes dites mono-stéréophoniques qui visent à améliorer l'image sonore pour un auditeur, en général le conducteur, sans se préoccuper des conséquences pour l'autre auditeur, et d'autre part les méthodes dites bi- stéréophoniques qui visent à améliorer la qualité d'écoute pour les deux auditeurs situés côte à côte.
La présente invention appartient à la catégorie des méthodes bi-stéréophoniques .
Dans ce qui suit nous appellerons « phase stéréophonique acoustique » la différence de phase acoustique entre les deux canaux à un emplacement d'écoute.
Dans ce qui suit nous appellerons « distorsion de phase stéréophonique » la différence de phase à un point d'écoute entre les ondes sonores émises par les haut-parleurs lorsqu'ils émettent le même signal.
Des travaux des acousticiens et notamment STEVENS et NEWMAN il ressort que la phase intervient dans la localisation des sources sonores dans la bande des fréquences situées entre environ 100 Hz et 1500 Hz. Nous avons donc limité nos mesures à la bande 31, 5Hz-1600Hz et nos calculs de distorsion de phase à la bande 100Hz-1600Hz, les basses fréquences n'intervenant pas dans la formation de l'image sonore.
De nombreux procédés ont été proposés pour améliorer la restitution des modulations stéréophoniques en automobile. On connaît notamment les brevets américains N° 4817162 de Pioneer, N° 5033092 de Onkyo, N° 6038323 de Harman, N° WO 2007/106551 de Dolby et nos brevets français N° 2 839 602 et N° 2 985 144.
Tous ces procédés préconisent d'inverser la phase stéréophonique dans certaines bandes de fréquences afin de diminuer la distorsion de phase acoustique entre les canaux et ils différent principalement dans le mode opératoire utilisé.
Inverser la phase stéréophonique consiste à appliquer une différence de phase de 180° entre les deux canaux par exemple en inversant la phase de l'un des deux canaux.
Quel que soit le procédé utilisé, lorsqu'on inverse la phase stéréophonique la distorsion de phase change de signe et son module devient le complément à 180° de la distorsion d'origine.
Dans la mesure ou les distorsions de phase acoustique aux points d'écoute dépassent dans certaines bandes de fréquence 90°, le fait d'inverser la phase stéréophonique dans ces bandes de fréquence diminue le module de la distorsion de phase acoustique et donc améliore la restitution des modulations stéréophoniques .
Mais, aucun des brevets ci-dessus cités ne fait mention de la différence entre les distorsions de phase aux deux positions d'écoute à l'avant de la voiture engendrée par l'aménagement du poste de conduite.
La présente invention est un nouveau procédé d'amélioration de la reproduction stéréophonique en automobile dans un véhicule réel visant à obtenir un meilleur résultat que celui obtenu par les procédés connus, et ceci en utilisant la différence entre les distorsions de phases aux deux emplacements d'écoute.
Pour cela, nous allons considérer d'une part [<I)G -(I)D]C 3ui est la différence de phase entre l'onde acoustique provenant du haut-parleur gauche et celle provenant du haut-parleur droit pour la position d'écoute à gauche de la voiture. Et d'autre part [Φο~Φσ]/:> est ^a différence de phase entre l'onde acoustique provenant du haut-parleur droit et celle provenant du haut-parleur gauche pour la position d'écoute à droite de la voiture.
Nous avons testé notre nouveau procédé dans un véhicule réel équipé à l'avant d'une configuration classique c'est à dire avec des haut-parleurs en bas de porte reproduisant les registres grave et médium, et des tweeters situés aux extrémités du tableau de bord reproduisant les fréquences aiguës.
Un microphone à été placé à chaque position d'écoute et un signal de bruit rose à été appliqué successivement à chaque haut-parleur gauche et droit.
Pour mesurer la différence de phase [Oc -Φο]0 on procède en deux temps.
Dans un premier temps on applique un signal au haut-parleur de gauche et on mesure la différence de phase [Φ0 —Φ<?]0 entre le signal généré par le micro de gauche et le signal appliqué au haut-parleur de gauche.
Dans un deuxième temps on applique un signal au haut- parleur de droite et on mesure la différence de phase [Φϋ~Φ.«;]Γ entre le signal généré par le micro de gauche et le signal appliqué au haut-parleur de droite.
Et nous avons :
Figure imgf000004_0001
En répétant la même procédure avec le micro de droite on obtient
Figure imgf000004_0002
Dans la figure 1 la courbe en trait plein est
et la courbe en pointillé est [Φο_Φο]0·
La distorsion de phase moyenne (moyenne des valeurs absolues entre 100 Hz et 1600 Hz) ressort à 101° coté conducteur et 116° coté passager soit un total de 217° une moyenne de 108,5°. Dans la figure 2 la courbe en trait plein est la distorsion de phase résiduelle côté conducteur et la courbe en pointillé est la distorsion de phase résiduelle côté passager après application'' d'une inversion de la phase d'un canal selon la méthode classique c'est à dire aux fréquences avantageant le conducteur, à savoir entre 100 Hz et 315 Hz et entre 1000 Hz et 1250 Hz. Dans ces conditions les' distorsions résiduelles ressortent à 34° côté conducteur et 62° coté passager soit une total de 96° et une moyenne de 48°.
La première des deux idées principales de la présente invention est d'appliquer un traitement spécifique aux bandes de fréquences pour lesquelles [Oc-00]Get [φβ—Φσ]β ne sont pas de même signe.
Supposons [Oc -Φ0]σ =+90° et [Φβ -Φ0]ο = -90° si nous retardons le canal gauche de 90° nous obtenons [Φ0—Φσ] = 0° et υ—Φσ]ο=0°. Nous avons annulé la distorsion de phase stéréophonique pour les deux emplacements d'écoute!
Supposons maintenant [Φ0 -Φ0]σ = +100° et [Φ0 -Φσ]0 = -50° soit un total des valeurs absolues de 150°.
En retardant le canal gauche de 50° nous obtenons une distorsio'n résiduelle de +50° à gauche et 0° à droite soit un total de 50° .
En retardant le canal gauche de 60° nous obtenons une distorsion résiduelle de +40° à gauche et +10° à droite soit un total de 50°.
En retardant le canal gauche de 70° nous obtenons une distorsion résiduelle de +30° à gauche et +20° à droite soit un total de 50°.
En retardant le canal gauche de 80° nous obtenons une distorsion résiduelle de +20° à gauche et +30° à droite soit un total de 50°.
En retardant le canal gauche de 90° nous obtenons une distorsion résiduelle de +10° à gauche et +40° à droite soit un total de 50°. En retardant le canal gauche de 100° nous obtenons une distorsion résiduelle de 0° à gauche et +50° à droite soit un total de 50°.
En retardant le canal gauche moins de 50° ou de plus de
100° on obtient un total des distorsions de plus de 50°. Et on constate que dans ce cas les distorsions à droite et à gauche ne sont plus du même signe.
Et donc nous pouvons en déduire la règle suivante : la condition nécessaire et suffisante pour obtenir un minimum de distorsion totale à une fréquence' pour laquelle les distorsions à droite et à gauche ne sont pas de même signe est d'appliquer un décalage de phase entre les deux canaux qui les rendent de même signe.
Si nous reprenons le cas ou les distorsions valent + 90° et -90° il n'y a qu'à zéro ou elles sont de même signe.
Après cette opération nous nous retrouvons avec des distorsions à droite et à gauche de même signe dans chaque bande de fréquences, ce signe n'étant pas forcement le même à toutes les fréquences.
La somme des distorsions obtenues est alors égale à la différence entre les distorsions d'origine.
La question est maintenant quand inverser la phase d' un canal pour obtenir après inversion le minimum de distorsion totale ?
La réponse est : lorsque la somme des deux distorsions dépasse l'80° .
Revenons maintenant au cas ou [DC—DD]G = +100° et [Φο-Φσ]ο=-50°.
Nous avons vu qu'en appliquant un retard de 70° au canal gauche on obtenait une distorsion de +30° à gauche et de +20° à droite et qu'en appliquant un retard de 80° à gauche on obtenait une distorsion de +20° à gauche et +30° à droite.
On en déduit qu'en appliquant un retard de 75° à gauche on obtient +25° de distorsion à gauche et à droite. La seconde idée principale de la présente invention est que la distorsion de phase stéréophonique est probablement symétrisable . Ce que nous allons vérifier.
La condition de symétrie des images sonores perçues par le conducteur et le passager par rapport au plan de symétrie longitudinal de la voiture en matière de phase s'écrit :
Soit ΔΦ0· la correction de phase à appliquer au canal gauche pour symétriser les distorsions de phase. Si la symétrisation est possible ΔΦσ doit être la solution de 1 ' équation :
[φσ-φο ]G + ΔΦ0 = [Φ0 - Φσ]D ~ ΔΦα ( 4 )
L'équation 4 a une solution qui est :
Figure imgf000007_0001
Le même résultat est obtenu en décalant la phase du canal droit de :
ou en corrigeant simultanément la phase des canaux gauches et
ΔΦΓ ΔΦη
droits respectivement de — et de — . Dans la figure 3, les courbes en traits fins sont les distorsions d'origine et la courbe épaisse la distorsion de phase symetrisée qui ressort à une moyenne de 66°.
On remarque la diminution considérable de distorsion aux fréquences où les distorsions d'origine n'étaient pas de même signe en particulier aux environs de 1000 Hz.
Dans la figure 4 les courbes en trait fin sont les distorsions à gauche et à droite obtenues par la méthode traditionnelle c'est à dire les courbes de la figure 2 et la courbe en gros trait est la distorsion résiduelle après symétrisation et inversion de la phase d'un canal entre 100 Hz et 160Hz et entre 315 Hz et 400 Hz. La distorsion résiduelle ressort des deux cotés à 31 Hz soit un total de 62° à comparer au total de 96° que l'on obtient avec l'ancienne méthode ce qui représente une diminution de 35% du total des distorsions.
Cette amélioration est due aux traitements que l'on applique aux fréquences ou les distorsions ne sont pas de même signe la symétrisation en étant un cas particulier.
Dans certains cas, on pourra opter pour un réglage symétrique et dans d'autres on préférera légèrement avantager un auditeur .
Mais, dans les deux cas il sera plus confortable d'effectuer, en premier la symétrisation ce qui traite automatiquement le cas des fréquences pour lesquelles les distorsions n'ont pas le même signe et donne une vision claire de la qualité de la configuration.
A partir de cette symétrisation on peut faire des modifications de phase pour par exemple avantager légèrement un canal par rapport à l'autre. La condition nécessaire et suffisante pour ne pas augmenter la distorsion totale est de conserver pour les deux distorsions le signe obtenu après symétrisation .
Ce procédé pourra faire l'objet d'un dispositif électro- acoustique destiné à équiper les véhicules automobiles.

Claims

Revendications
P.rocédé de réglage de la phase stéréophonique d'une installation de reproduction sonore en automobile du type consistant à inverser la phase électrique entre les deux canaux dans certaines bandes de fréquences et caractérisé par le fait que l'on procède à un changement de la phase relative entre les canaux gauche et droit pour les fréquences où les distorsions de phase entre les canaux pour les deux positions d'écoute [Oc-0D]c et
[Φ0-Φ0]0 sont de signes différents pour les rendre de même signe.
Procédé de réglage de la phase stéréophonique d'une installation de reproduction sonore en automobile conforme à la revendication 1 et caractérisée par le fait que l'on inverse la phase électrique entre les deux canaux aux fréquences où le module de la somme des distorsions de phase aux positions d'écoute gauche et droite est supérieur à 180°.
Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé par le fait que l'on procède à symétrisation de la distorsion de phase stéréophonique aux deux positions d'écoute en appliquant entre les deux canaux un décalage de la phase stéréophonique égal à la moitié .de la différence des distorsions de phase acoustique entre les deux canaux aux deux positions d'écoute.
Dispositif de reproduction . des modulations stéréophoniques en automobile pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 3 comportant un bloc électronique de réglage et de puissance et plusieurs haut-parleurs.
Véhicule automobile équipé d'un dispositif de reproduction des modulations sonores conforme à la revendication 4.
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