EP3824652B1 - Dispositif de diffusion sonore a courbure non constante figee - Google Patents

Dispositif de diffusion sonore a courbure non constante figee Download PDF

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EP3824652B1
EP3824652B1 EP19753182.5A EP19753182A EP3824652B1 EP 3824652 B1 EP3824652 B1 EP 3824652B1 EP 19753182 A EP19753182 A EP 19753182A EP 3824652 B1 EP3824652 B1 EP 3824652B1
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EP
European Patent Office
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frequency
sound
sound diffusion
diffusion device
sources
Prior art date
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EP3824652A1 (fr
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Yoachim HORYN
Christophe Combet
Christian Heil
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L Acoustics SAS
Original Assignee
L Acoustics SAS
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Publication date
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    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H04R3/14—Cross-over networks

Definitions

  • the present invention relates to a sound diffusion device for a performance stage such as the stage of a concert hall or an open-air festival.
  • the objectives of modern sound reinforcement are to ensure the most homogeneous sound coverage possible for the audience, across the entire audio spectrum (20Hz - 20kHz).
  • the aim is to provide the audience with a sound volume (dB SPL - decibel "Sound Pressure Level") of preferably equivalent intensity, while being able to be adapted as desired by the installer. It is also important to ensure optimal sound quality, i.e. free from interference.
  • EP 1 686 830 A1 shows a loudspeaker enclosure to form linear arrays with adjustable horizontal and vertical directivity.
  • a waveguide is a physical device that allows a possibly flat isophase wavefront to be obtained at the output. As such, it plays the same role as a horn that would be loaded onto a compression engine, with the major difference that it requires a reduced physical footprint. Indeed, obtaining a flat isophase wavefront at the output would require a horn of infinite length, contrary to the compactness objectives of a sound diffusion device.
  • these speakers are generally designed in a modular way as relatively small elements, whose height is generally that of the largest loudspeaker.
  • Each speaker can then be tilted relative to its neighbor in a variable manner to ensure coverage, intensity and homogeneity objectives.
  • This angular flexibility makes it possible to focus energy in one direction (usually the far audience) by stacking many speakers with little or no inter-element angle or, conversely, to cover a large angular sector with little energy by assembling speakers with large inter-element angles.
  • the invention relates to a sound diffusion device according to claim 1.
  • the at least two superimposed high-frequency acoustic sources form a curved vertical stack.
  • This curved vertical stack has a fixed, non-constant physical curvature.
  • Each high-frequency acoustic source has a main emission direction.
  • the physical curvature of a curved vertical stack is clearly equal to the curvature of the arc representing the profile curve of this curved vertical stack.
  • Another definition of the physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources can also be the succession of angles formed by the main emission directions of two consecutive acoustic sources.
  • a physical curvature of the curved vertical stack of non-constant high-frequency acoustic sources is a curvature for which at least one angle alpha_i, formed by the main emission directions of two consecutive high-frequency acoustic sources, i being an integer between 1 and N-1, is different from the other angles alpha_n, for n different from i.
  • a physical curvature of the curved vertical stack of fixed high-frequency acoustic sources is, more precisely, a curvature that is not able to be modified by a user.
  • curvature of the curved vertical stack has a monotonic evolution.
  • the sound diffusion device includes at least three high-frequency acoustic sources.
  • electronic control and amplification channels are capable of supplying each or more of the high frequency sources, as well as each or more acoustic sources among the plurality of medium frequency and/or low frequency acoustic sources.
  • the invention relates in particular to an extended range sound diffusion device, in which all of the high frequency acoustic sources produce an overall sound emission directivity having a total vertical opening angle less than or equal to 20°.
  • the invention also relates to a sound diffusion device with extended vertical opening, in which the set of high-frequency acoustic sources produces an overall sound emission directivity having a total vertical opening angle greater than 20°.
  • the invention also relates to a sound diffusion assembly which may comprise at least a first extended range sound diffusion device and a sound diffusion device as previously defined, superimposed such that the resulting sound diffusion assembly generates a vertical wavefront with fixed non-constant curvature.
  • the extended range sound diffusion device is coupleable and is assembled with another sound diffusion device as previously defined.
  • the extended-range sound diffusion device may be coupled to an identical extended-range sound diffusion device.
  • identical is understood to mean a device that is a strict copy of the "extended-range” sound diffusion device 300_F, having exactly the same technical, geometric and physical characteristics.
  • the extended-range sound diffusion device may be homo-coupleable.
  • the diffusion assembly comprising at least a first extended range sound diffusion device and a sound diffusion device as previously defined, superimposed, forms a curved vertical stack having a fixed non-constant physical curvature.
  • the high frequency sources of the different sound diffusion devices of the sound diffusion assembly are individually electronically controlled in amplitude and phase so as to adapt a resulting wavefront to the diffusion objectives on an audience and to compensate for any non-monotony of the physical curvature of the curved vertical stack formed by the diffusion assembly, generated by an assembly of the devices together.
  • Another feature that can be used alone or in combination with the previous ones is that the individual electronic control in amplitude and phase of the high frequency sources, combined with the electronic control in amplitude and phase of the several medium frequency and/or low frequency acoustic sources can be dependent on the frequency considered.
  • each of a plurality of electronic control and amplification channels can supply one or more of the high frequency sources of the different sound diffusion devices of the sound diffusion assembly as well as one or more of the plurality of medium frequency and/or low frequency acoustic sources of the different sound diffusion devices of the sound diffusion assembly.
  • a “sound diffusion device” consists of one or more acoustic sources whose frequency ranges or bands may be identical or different.
  • a high frequency band, HF covers the highest frequencies corresponding to so-called high-pitched sounds, typically a 1 kHz - 20 kHz interval.
  • a medium frequency band, MF covers the intermediate frequencies, typically a 200 Hz - 1 kHz interval.
  • a low frequency band, BF covers the low frequencies corresponding to so-called bass sounds, typically a 60 Hz - 200 Hz interval.
  • a very low frequency band corresponding to so-called sub-bass or infra-bass sounds, TBF optional, covers the lowest frequencies, typically frequencies below 60 Hz.
  • the same component can be used to reproduce the signals of the BF and MF bands.
  • an acoustic source can emit over several frequency ranges but will subsequently be defined by its main emission range.
  • auditorence refers to the physical distribution of listeners or spectators present during a performance in relation to a stage. As illustrated in the Figures 1a-1b and 2, this physical distribution can take different configurations.
  • a concert hall audience 2 may be relatively close to stage 1, whereas at an outdoor festival audience 2 may be more spread out.
  • Audience 2 can also be divided in height, depending on whether the spectators are at ground level Z0 or are raised by bleachers or any other similar structure ZH.
  • each curve represents the sound level in dB or the phase in degrees as a function of the frequency that a listener, positioned at a point in the audience, hears.
  • one of the objectives is that all the frequency components of the sound signal emitted by the sound diffusion device arrive at the same time and in phase at any point in the audience.
  • the frequency-phase response curves should all coincide with the horizontal zero-phase axis after subtracting the minimum propagation delay.
  • the minimum propagation delay is defined as the time taken for the sound pressure wave to reach a given audience point, from the nearest speaker.
  • Each sound diffusion device can be defined by three main technical characteristics: its total vertical opening, its total horizontal opening and its range.
  • range means the distance between the sound diffusion device 3, generally located at the front of the stage 1, and the depth at which the sound diffused by this device 3 is correctly heard (intelligibly / coherently) in the audience 2.
  • total aperture usually refers to twice the angle for which a loss of 6dB is observed, corresponding to a 50% reduction in sound intensity, compared to the axis of the sound device considered, namely vertical or horizontal. This axis is defined as the direction where the sound intensity is maximum in the direction considered.
  • FIG. 1a illustrates a conventional stereo arrangement 10 comprising two sound diffusion devices 3, both located high above stage 1, one located to the left L and the other to the right R of stage 1.
  • the Figure 1b illustrates an arrangement 100 adapted to broadcast a spatialized sound signal and comprising four sound broadcasting devices 3.
  • Each sound diffusion device 3 comprises a vertical stack of speakers inclined relative to each other so as to mechanically tilt the overall vertical directivity of the sound diffusion device 3 towards the audience 2.
  • the profile view of scene 1 and such a sound diffusion device 3, Figure 2 allows to see in dotted line the normal axis to each speaker and its inclination according to the zone of the targeted audience 2.
  • the installation of such a device 3 is very complex because it requires determining the optimum angle of inclination between each speaker to target according to the audience 2 key or median points allowing a homogeneous distribution of the sound diffused on the audience 2.
  • such a stack of speakers generates a non-continuous wavefront.
  • FIG. 3a represents the sound pressure field around such a device 3 at the particular frequency of 1324 Hz, corresponding to the appearance of a peak in sound intensity at the rear of the device 3.
  • a dark gray level represents a high sound pressure, and therefore a high sound level.
  • a light gray level represents a reduced sound level.
  • Figure 3b represents the sound level generated at four characteristic points of the audience: the mixing booth ("FOH"), the vertical line (“Below”), the rear (“Behind”) and the top (“Above”) of such a sound diffusion device 3, referenced in relation to the sound level at the mixing booth.
  • the device 3 is here composed of an assembly of 12 speakers with variable curvature, each speaker being composed of an HF source and two MF sources, having separation panels 13mm thick and assembly clearances of the order of 5mm between each speaker.
  • a first embodiment of the invention relates to a sound diffusion device 300 as illustrated Figure 4 .
  • the sound diffusion device 300 comprises a single box 310, and in this single box, at least two superimposed high-frequency acoustic sources 320, and several medium-frequency acoustic sources frequency and/or low frequency 330 superimposed and arranged to the left and/or to the right of the high frequency acoustic sources 320, the high frequency acoustic sources 320 being individually coupled to a waveguide 340 so as to generate a vertical wavefront with fixed non-constant curvature.
  • the at least two superimposed high-frequency acoustic sources form a curved vertical stack.
  • this curved vertical stack has a fixed, non-constant physical curvature.
  • Each high-frequency acoustic source has a main emission direction.
  • the physical curvature of a curved vertical stack is clearly equal to the curvature of the arc representing the profile curve of this curved vertical stack.
  • the sound diffusion device 300 comprises at least three high-frequency acoustic sources 320.
  • a physical curvature of the curved vertical stack of non-constant high-frequency acoustic sources is a curvature for which at least one angle alpha_i, formed by the main emission directions of the i-th and i+1th consecutive high-frequency acoustic sources 320, i being an integer between 1 and N-1, is different from the other angles alpha_n, for n different from i.
  • a physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources 320 fixed is a curvature that is not suitable for modification by a user.
  • each waveguide 340 comprises an output, the outputs of the waveguides being contiguous, so as to form a continuous ribbon and therefore a continuous wavefront.
  • the fixed non-constant curvature of the vertical wavefront be monotonous.
  • FIG. 5a represents the acoustic pressure field around such a device 300 at this same particular frequency of 1324 Hz and with the same color codes as the Figure 3a .
  • Figure 5b represents the sound level generated at the same three characteristic points of the audience, referenced in relation to the sound level in the mixing booth.
  • the device 300 is composed of a stack of 12 high-frequency sources, with no separation panels or assembly clearances, and therefore generating a continuous wavefront.
  • the high frequency sources 320 are individually electronically controlled in amplitude and phase.
  • DSP Digital System Processing
  • Digital Signal Processor allows, among other things, to modify the inclination of the directivity lobe of the assembly without having to physically tilt them.
  • k is the wave number corresponding to 2 ⁇ f c where f is the frequency considered and c the speed of sound in the medium considered (here air).
  • a physical or electronic adjustment that does not generate a parasitic lobe with a sound intensity greater than -12dB compared to the main lobe, and at the same distance from the source, can be considered acceptable.
  • the abacus of the Figure 6 describes the evolution of the maximum angle ⁇ 0 for two frequencies, 10kHz and 16kHz, as a function of the height of each source.
  • Such a source could be used without too much complexity, but it would not allow the 45° angle mentioned to be reached, even at 10kHz, without creating parasitic lobes outside the field.
  • FIGS. 7a to 7e represent the results obtained with a vertical rectilinear stack of speakers comprising a high-frequency acoustic source located between two medium and/or low-frequency acoustic sources on the same horizontal plane.
  • the solid lines starting from the vertical rectilinear stack represent the total vertical opening covered.
  • the Figure 7b represents the frequency-magnitude response curves generated by such a vertical rectilinear stack before the application of electronic control to the acoustic sources.
  • the dark gray curves correspond to the audience, and the light gray dotted curves correspond to the stage and the ceiling.
  • the Figure 7c represents the frequency-phase response curves generated by such a vertical rectilinear stack, at the mixing booth (“FOH”) and at the beginning of the audience (“Proximity”), before the application of electronic control on the acoustic sources, and after subtraction of the minimum propagation delay.
  • the Figure 7d represents the frequency response curves in magnitude generated by such a vertical rectilinear stack, after the application of electronic control on the acoustic sources, and with the same color codes as the Figure 7b .
  • There Figure 7e represents the frequency-phase response curves generated by such a vertical rectilinear stack, after the application of electronic control on the acoustic sources and subtraction of the minimum propagation delay, calculated at the mixing booth and at the start of the audience.
  • FIGS. 8a to 8e represent the results obtained with a curved vertical stack of speakers comprising an acoustic source high frequency located between two medium and/or low frequency acoustic sources on the same horizontal plane.
  • the solid lines starting from the curved vertical stack represent the total vertical opening covered.
  • the Figure 8b represents the frequency response curves in magnitude generated by such a curved stack after optimization of the angles between each source and before the application of electronic control on the acoustic sources, and with the same color codes as the Figure 7b .
  • FIG 8c represents the frequency-phase response curves generated by such a curved stack after optimization of the angles between each source, at the mixing booth and at the beginning of the audience, before the application of electronic control on the acoustic sources and after subtraction of the minimum propagation delay.
  • Figure 8d represents the frequency response curves in magnitude generated by such a curved stack, after optimization of the angles between each source and application of electronic control on the acoustic sources, and with the same color codes as the Figure 7b .
  • Figure 8e represents the frequency-phase response curves generated by such a curved stack after optimization of the angles between each source, application of electronic control on the acoustic sources and subtraction of the minimum propagation delay, calculated at the mixing booth and at the start of the audience.
  • Figures 9a to 9e represent the results obtained with a sound diffusion device 300 with fixed non-constant physical curvature as described previously.
  • the solid lines starting from the sound device 300 represent the total vertical opening covered.
  • the Figure 9b represents the frequency response curves in magnitude generated by such a device 300 from only the fixed non-constant physical curvature, and with the same color codes as the Figure 7b .
  • There Figure 9c represents the phase frequency response curves generated by such a device 300 from only the fixed non-constant physical curvature, after subtraction of the minimum propagation delay, calculated at the mixing booth and at the start of the hearing.
  • the Figure 9d represents the frequency response curves in magnitude generated by such a device 300, after the application of electronic control in magnitude and phase, with one acoustic source per DSP channel, and with the same color codes as the Figure 7b .
  • Figure 9e represents the frequency response curves in phase generated by such a device 300, after application of electronic control in magnitude and phase, with one acoustic source per DSP channel, and after subtraction of the minimum propagation delay, calculated at the mixing booth and at the start of the audience.
  • Another way to improve the directivity control and sound emission quality of the device 300, and compatible with previously described embodiments, is to add adjustable flaps.
  • the sound diffusion device 300 can then be equipped with adjustable flaps acting on a sound emission from at least one of the high frequency acoustic sources 320 to produce a sound emission directivity of the high frequency acoustic source according to a chosen angular sector, the high frequency acoustic source and the acoustic source emitting over a medium frequency range being configured to emit over a common frequency range.
  • the sound diffusion device also comprises at least one control module of the digital signal processor type acting on a signal intended for the high-frequency acoustic source and on a signal intended for the acoustic source emitting on a medium-frequency range so as to apply in the common frequency range at least one magnitude parameter on the high-frequency acoustic source and/or on the acoustic source emitting on a medium-frequency range as well as at least one phase parameter on the high-frequency acoustic source and/or on the acoustic source emitting on a medium-frequency range so as to produce a sound emission directivity of the pair consisting of the high-frequency acoustic source and the acoustic source emitting on a medium-frequency range according to the same angular sector chosen as the directivity produced by the adjustable flaps.
  • an “extended range” sound diffusion device 300_F is defined in which all of the high-frequency acoustic sources 310 produce an overall sound emission directivity having a total vertical opening angle less than or equal to 20°, as illustrated Figure 10 This corresponds to a relatively small fixed non-constant curvature, represented by lines perpendicular to the short wavefront on the right- hand device.
  • the graph on the right of the Figure 10 illustrates another representation of the evolution of the physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources 310 formed by the “extended range” sound diffusion device 300_F, with respect to the sub-figure of the Figure 10 where the curvature values of the "extended range” sound diffusion device 300_F are represented by lines perpendicular to the wavefront.
  • This graph shows the evolution of the value of the angle alpha_i between the i-th and i+1-th acoustic source, for i integer ranging from 1 to N-1, N being the number of high-frequency acoustic sources 310.
  • a 300_W “extended vertical aperture” sound diffusion device is defined in which the set of high-frequency acoustic sources 310 produces an overall sound emission directivity having a total vertical aperture angle greater than 20°, as illustrated Figure 11 This corresponds to a larger fixed non-constant curvature represented by lines perpendicular to the long wavefront on the right- hand device.
  • the graph on the right of the Figure 11 illustrates another representation of the evolution of the physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources 310 formed by the “extended vertical aperture” sound diffusion device 300_W, with respect to the sub-figure of the Figure 11 where the curvature values of the “extended vertical aperture” sound diffusion device 300_W are represented by lines perpendicular to the wavefront.
  • This graph shows the evolution of the physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources 310 formed by the “extended vertical aperture” sound diffusion device 300_W, i.e.
  • a sound diffusion assembly comprises at least one first “extended range” sound diffusion device 300_F and a sound diffusion device 300, 300_F or 300_W as defined previously and superimposed such that the resulting sound diffusion assembly generates a vertical wavefront with fixed non-constant curvature as illustrated in the Figure 12 .
  • the “extended range” sound diffusion device 300_F can be coupled with another sound diffusion device 300, 300_F or 300_W as defined previously and assembled by fixing means.
  • the “extended range” sound diffusion device 300_F can be coupled with an “extended range” sound diffusion device 300_F identical to itself.
  • a sound diffusion assembly resulting from the superposition of two sound diffusion devices as previously described, forms a curved vertical stack having a fixed non-constant physical curvature.
  • the high frequency sources are individually electronically controlled in amplitude and phase.
  • the electronic amplitude and phase control of the high-frequency acoustic sources 320 and/or the low and/or medium-frequency acoustic sources 330 may thus make it possible to adjust a sound wavefront emitted by the sound diffusion assembly to the diffusion objectives on an audience.
  • the superposition of two “extended range” 300_F devices can generate a discontinuity in the curvature and therefore a non-monotony that can be seen thanks to the hatching on the Figure 13 .
  • the graph on the right of the Figure 13 illustrates another representation of the evolution of the physical curvature of the curved vertical stack of high-frequency acoustic sources 310 formed by a sound diffusion assembly resulting from the assembly of two “extended range” sound diffusion devices 300_F, with respect to the sub-figure of the figure 13 where the curvature values of this sound diffusion assembly are represented by lines perpendicular to the wavefront.
  • this graph we observe a non-monotony of the evolution of the angles between sources 7 and 9, corresponding to a break in the monotony of the evolution of the physical curvature of the curved vertical stack formed by the sound diffusion assembly.
  • a DSP control makes it possible to readjust the sound wavefront emitted by the sound diffusion assembly to adapt it to the diffusion objectives.
  • the diffusion assembly may advantageously comprise fixing means configured so that each sound diffusion device is connected to the sound diffusion device located above, respectively below, by fixing points without angular adjustment.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention se rapporte à un dispositif de diffusion sonore pour une scène de spectacle telle que la scène d'une salle de concert ou d'un festival en plein air.
    • Etat de la technique
  • Les objectifs de la sonorisation moderne sont d'assurer une couverture sonore sur l'audience la plus homogène possible, et ce sur tout l'ensemble du spectre audio (20Hz - 20kHz).
  • Il s'agit de donner aux spectateurs un volume sonore (dB SPL - décibel « Sound Pressure Level ») d'intensité préférablement équivalente, tout en pouvant être adapté à souhait par l'installateur. Il convient en outre de garantir une qualité sonore optimale, c'est-à-dire exempte d'interférences.
  • Pour cela, il est courant de multiplier les sources acoustiques au sein d'un dispositif ou système de diffusion sonore. Les contributions de chacune des sources acoustiques s'additionneraient correctement si toutes les sources acoustiques étaient disposées en un même point. Dans la pratique ceci est impossible, une source acoustique présentant un volume non négligeable.
  • De plus, l'utilisation d'enceintes de « type point source » rend la réalisation de l'objectif d'intensité sonore homogène impossible car la décroissance naturelle de ce type de produit est de 6 dB par doublement de la distance.
  • Afin d'obtenir un niveau SPL plus élevé, il est également possible de mettre en commun plusieurs enceintes de ce type. Cet arrangement génère sur l'audience un champ sonore interférentiel pour les fréquences dont la demi-longueur d'onde est plus petite que la distance séparant les éléments.
  • EP 1 686 830 A1 montre une enceinte de haut-parleurs pour former des réseaux linéaires avec directivité ajustable horizontale et verticale.
  • L'utilisation d'enceintes dites « lignes sources » permet de réaliser les objectifs précédemment cités en améliorant considérablement la capacité à envoyer de l'intensité sonore au loin tout en assurant une perte de 3dB uniquement par doublement de distance en hautes fréquences, et en assurant un champ sonore exempt de toute interférence.
  • Les enceintes de type « lignes sources » consistent à
    • empiler les haut-parleurs de grave et de medium les uns au-dessus des autres jusqu'à former une ligne courbe, en respectant un pas entre haut-parleurs inférieur à la demi-longueur d'onde la plus petite que chaque haut-parleur doit reproduire ;
    • utiliser des haut-parleurs d'aigus (moteurs à compression) couplés à des guides d'onde de sortie rectangulaire, l'ensemble générant un front d'onde linéaire isophase exempt d'interférences quand bien même le pas entre deux moteurs est bien plus grand que la plus petite longueur d'onde à reproduire.
  • Un guide d'onde est un dispositif physique permettant d'obtenir en sortie un front d'onde isophase possiblement plat. A ce titre, il joue le même rôle qu'un pavillon que l'on chargerait sur un moteur à compression, à la différence majeure qu'il nécessite un encombrement physique réduit. En effet, l'obtention d'un front d'onde isophase plat en sortie nécessiterait un pavillon de longueur infinie, contraire aux objectifs de compacité d'un dispositif de diffusion sonore.
  • De plus, afin de pouvoir s'adapter à tous les types d'audiences et de pouvoir modeler à souhait la décroissance du SPL sur l'audience, ces enceintes sont généralement conçues de façon modulaire comme des éléments relativement petits, dont la hauteur est globalement celle du haut-parleur le plus grand.
  • Chaque enceinte peut ensuite être inclinée par rapport à sa voisine de manière variable afin d'assurer les objectifs de couverture, d'intensité et d'homogénéité.
  • Cette flexibilité angulaire permet de focaliser l'énergie dans une direction (généralement l'audience lointaine) en empilant beaucoup d'enceintes avec peu ou pas d'angle inter-éléments ou, au contraire, de couvrir un grand secteur angulaire avec peu d'énergie en assemblant les enceintes avec de grands angles inter-éléments.
  • Cette flexibilité liée à la modularité en petits éléments orientables présente toutefois un certain nombre d'inconvénients :
    • la multiplication des dispositifs de fixation à angle variable entre les enceintes qui implique un temps d'installation plus long, un surcoût et un surpoids;
    • de nombreux panneaux de bois afin de fermer le volume acoustique de chaque élément, ce qui engendre également surcoût et surpoids ;
    • une discontinuité du front d'onde due à la présence de ces panneaux de séparation et de jeux d'assemblage, conduisant à l'apparition de lobes parasites hors axe. Ces lobes non maîtrisés peuvent par exemple être à l'origine de la mise en place de feedback (i.e. larsen) non souhaité pour le musicien qui se trouve sur la scène ; et
    • une perte de volume acoustique du fait de la forme généralement trapézoïdale de la section d'une enceinte (afin de pouvoir l'incliner avec un élément adjacent sans amplifier la discontinuité du front d'onde).
  • Ainsi, il existe un réel besoin pour un dispositif de diffusion sonore simple et rapide d'installation, permettant de s'adapter à n'importe quelle audience et offrant une grande qualité de diffusion sonore (pas de lobe parasite).
    • Description de l'invention
  • Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, l'invention porte sur un dispositif de diffusion sonore selon la revendication 1.
  • Plus particulièrement, les au moins deux sources acoustiques haute fréquence superposées forment un empilement vertical courbé. Cet empilement vertical courbé présente une courbure physique non constante figée. Chaque source acoustique haute fréquence présente une direction principale d'émission. La courbure physique d'un empilement vertical courbé est de manière claire égale à la courbure de l'arc représentant la courbe de profil de cet empilement vertical courbé.
  • Une autre définition de la courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence peut être aussi la succession des angles formés par les directions principales d'émission de deux sources acoustiques consécutives.
  • Pour un nombre de sources acoustiques haute fréquence N supérieur ou égal à trois, une courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence non constante est une courbure pour laquelle au moins un angle alpha_i, formé par les directions principales d'émission de deux source acoustiques haute fréquence consécutives, i étant un entier compris entre 1 et N-1, est différent des autres angles alpha_n, pour n différent de i.
  • Une courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence figée est, plus précisément, une courbure qui n'est pas apte à être modifiée par un utilisateur.
  • Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
    • chaque guide d'onde comprend une sortie, les sorties des guides d'ondes étant disposées de manière parfaitement jointives, de sorte à former un ruban continu ;
    • la courbure du front d'onde vertical est non constante et figée, et son évolution est monotone ;
    • parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne et/ou basse fréquence il y a au moins une source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence, le dispositif de diffusion sonore comprenant également :
      • o des volets orientables agissant sur une émission sonore d'au moins une des sources acoustiques haute fréquence pour produire une directivité d'émission sonore de la source acoustique haute fréquence selon un secteur angulaire choisi, la source acoustique haute fréquence et la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence étant configurées pour émettre sur une plage de fréquences commune ; et
      • o au moins un module de commande de type processeur de signal numérique agissant sur un signal à destination de la source acoustique haute fréquence et sur un signal à destination de la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à appliquer dans la plage de fréquences commune au moins un paramètre de magnitude sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence ainsi qu'au moins un paramètre de phase sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à produire une directivité d'émission sonore du couple constitué de la source acoustique haute fréquence et de la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence selon le même secteur angulaire choisi que la directivité produite par les volets orientables.
  • Une autre caractéristique utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes est que la courbure de l'empilement vertical courbé présente une évolution monotone.
  • Une autre caractéristique utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes est que le dispositif de diffusion sonore comprend au moins trois sources acoustiques haute fréquence.
  • Une autre caractéristique utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes est que des canaux de contrôle électronique et d'amplification sont aptes à alimenter chacune ou plusieurs des sources haute fréquence, ainsi que chacune ou plusieurs sources acoustiques parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence.
  • Pour couvrir une audience éloignée de la scène, l'invention porte en particulier sur un dispositif de diffusion sonore à portée étendue, dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total inférieur ou égal à 20°.
  • Pour couvrir une audience rapprochée de la scène, l'invention porte également sur un dispositif de diffusion sonore à ouverture verticale étendue, dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total supérieur à 20°.
  • Pour couvrir une audience de plus grande envergure, l'invention porte aussi sur un ensemble de diffusion sonore pouvant comprendre au moins un premier dispositif de diffusion sonore à portée étendue et un dispositif de diffusion sonore tel que précédemment défini, superposés de telle sorte que l'ensemble de diffusion sonore résultant génère un front d'onde vertical à courbure non constante figée.
  • En d'autres termes, avantageusement, le dispositif de diffusion sonore à portée étendue est couplable et est assemblé avec un autre dispositif de diffusion sonore tel que précédemment défini.
  • En particulier, le dispositif de diffusion sonore à portée étendue peut être couplé à un dispositif de diffusion sonore à portée étendue identique à lui-même. Par le terme « identique », il doit être compris un dispositif étant une copie stricte du dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F, possédant exactement les mêmes caractéristiques techniques, géométriques et physiques. En d'autres termes, le dispositif de diffusion sonore à portée étendue peut être homo-couplable.
  • L'ensemble de diffusion comprenant au moins un premier dispositif de diffusion sonore à portée étendue et un dispositif de diffusion sonore tel que précédemment défini, superposés, forme un empilement vertical courbé présentant une courbure physique non constante figée.
  • Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison de cet ensemble, sont :
    • les sources haute fréquence sont individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et en phase de manière à adapter le front d'onde résultant aux objectifs de diffusion sur une audience et à compenser une éventuelle non monotonie générée par un assemblage des dispositifs entre eux ; et/ou
    • l'ensemble de diffusion sonore comprend en outre des moyens de fixation configurés de sorte à ce que chaque dispositif de diffusion sonore est relié au dispositif de diffusion sonore situé au-dessus, respectivement en dessous, par des points de fixation dépourvus de réglage angulaire.
  • Une autre caractéristique de cet ensemble, utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes, est que les sources haute fréquence des différents dispositifs de diffusion sonore de l'ensemble de diffusion sonore sont individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et en phase de manière à adapter un front d'onde résultant aux objectifs de diffusion sur une audience et à compenser une éventuelle non monotonie de la courbure physique de l'empilement vertical courbé formé par l'ensemble de diffusion, générée par un assemblage des dispositifs entre eux.
  • Une autre caractéristique utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes est que le contrôle électronique individuel en amplitude et en phase des sources haute fréquence, combiné au contrôle électronique en amplitude et en phase des plusieurs sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence peut être dépendant de la fréquence considérée.
  • Une autre caractéristique utilisable seule ou en combinaison avec les précédentes est que chacun parmi une pluralité de canaux de contrôle électronique et d'amplification peut alimenter une ou plusieurs des une ou plusieurs des sources haute fréquence des différents dispositifs de diffusion sonore de l'ensemble de diffusion sonore ainsi qu' une ou plusieurs parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence des différents dispositifs de diffusion sonore de l'ensemble de diffusion sonore.
    • Brève description des figures
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
    • les figures 1a et 1b représentent une scène équipée de dispositifs de diffusion sonore disposés selon un arrangement stéréo classique (figure 1a) ou un arrangement adapté pour diffuser un signal sonore spatialisé (figure 1b) ;
    • la figure 2 représente une scène, la répartition physique d'une audience vues de profil, ainsi que le positionnement de quatre points caractéristiques de l'audience : la cabine de mixage (« FOH »), l'aplomb (« Below »), l'arrière (« Behind ») et le plafond (« Above ») du dispositif de diffusion sonore ;
    • les figures 3a et 3b représentent respectivement le champ de pression acoustique autour d'un dispositif de diffusion sonore composé d'un empilement vertical courbé d'enceintes générant un front d'onde non continu et le niveau sonore généré par un tel dispositif de diffusion sonore aux quatre points caractéristiques de la figure 2, référencés par rapport au niveau sonore à la cabine de mixage ;
    • la figure 4 représente un dispositif de diffusion sonore selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
    • les figures 5a et 5b représentent respectivement le champ de pression acoustique autour d'un dispositif de diffusion sonore selon le mode de réalisation de la figure 4 et le niveau sonore généré par un tel dispositif de diffusion sonore aux quatre points caractéristiques de la figure 2 référencés par rapport au niveau sonore à la cabine de mixage ;
    • la figure 6 représente l'évolution d'un angle θ0 maximal au-delà duquel apparaissent des lobes parasites en fonction de la hauteur d'une source acoustique dont l'inclinaison de la directivité d'émission du son est contrôlée électroniquement ;
    • les figures 7a à 7e représentent les résultats d'une simulation numérique effectuée pour un empilement rectiligne vertical d'enceintes ; en particulier :
      • o la figure 7a représente le déploiement physique de cet empilement dans le plan vertical et le positionnement de deux points caractéristiques de l'audience : la cabine de mixage (« FOH ») et le début de l'audience (« Proximity ») ;
      • ∘ la figure 7b représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce déploiement sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, sans application du contrôle électronique ;
      • ∘ la figure 7c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce déploiement aux deux points caractéristiques de la Figure 7a, sans application du contrôle électronique, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
      • ∘ la figure 7d représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce déploiement sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation ; et
      • ∘ la figure 7e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce déploiement aux deux points caractéristiques de la Figure 7a, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
    • les figures 8a à 8e représentent les résultats d'une simulation numérique effectuée pour un empilement vertical courbé d'enceintes ; en particulier :
      • o la figure 8a représente le déploiement physique de cet empilement dans le plan vertical et le positionnement de deux points caractéristiques de l'audience : la cabine de mixage (« FOH ») et le début de l'audience (« Proximity ») ;
      • ∘ la figure 8b représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce déploiement sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, sans application du contrôle électronique ;
      • ∘ la figure 8c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce déploiement aux deux points caractéristiques de la Figure 8a, sans application du contrôle électronique, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
      • ∘ la figure 8d représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce déploiement sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation ; et
      • ∘ la figure 8e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce déploiement aux deux points caractéristiques de la Figure 8a, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
    • les figures 9a à 9c représentent les résultats d'une simulation numérique effectuée pour un dispositif de diffusion sonore selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; en particulier
      • ∘ la figure 9a représente le déploiement physique de ce dispositif dans le plan vertical et le positionnement de deux points caractéristiques de l'audience : la cabine de mixage (« FOH ») et le début de l'audience (« Proximity ») ;
      • o la figure 9b représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce dispositif sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, sans application du contrôle électronique ;
      • ∘ la figure 9c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce dispositif aux deux points caractéristiques de la Figure 9a, sans application du contrôle électronique, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
      • ∘ la figure 9d représente l'ensemble des courbes de réponse fréquentielle en magnitude de ce dispositif sur l'audience, sur la scène et sur le plafond, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation ; et
      • ∘ la figure 9e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase de ce dispositif aux deux points caractéristiques de la Figure 9a, après application du contrôle électronique à des fins d'homogénéisation, et après soustraction du délai de propagation minimal ;
    • la figure 10 représente un dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » ;
    • la figure 11 représente un dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue » ;
    • la figure 12 représente un ensemble de diffusion sonore selon un premier mode de réalisation ; et
    • la figure 13 représente un ensemble de diffusion sonore selon un deuxième mode de réalisation.
    Définitions
  • Dans la suite de la description, un « dispositif de diffusion sonore » est constitué d'une ou plusieurs sources acoustiques dont les plages ou bandes de fréquences peuvent être identiques ou différentes.
  • Un découpage, arbitraire, mais fréquemment utilisé dans le métier, découpe le spectre sonore, couvrant au moins partiellement le spectre audible de l'homme : 20 Hz - 20 kHz, en trois ou quatre bandes de fréquences. Une bande haute fréquence, HF, couvre les fréquences les plus hautes correspondant à des sons dits aigus, soit typiquement un intervalle 1kHz - 20kHz. Une bande moyenne fréquence, MF, couvre les fréquences intermédiaires, soit typiquement un intervalle 200Hz - 1kHz. Une bande basse fréquence, BF, couvre les fréquences basses correspondant à des sons dits graves, soit typiquement un intervalle 60Hz - 200Hz. Enfin une bande très basse fréquence correspondant à des sons dits sub-graves ou infra-graves, TBF, optionnelle couvre les fréquences les plus basses, soit typiquement les fréquences inférieures à 60Hz. Dans la pratique, un même composant peut être utilisé pour restituer les signaux des bandes BF et MF. De façon générale, une source acoustique peut émettre sur plusieurs plages de fréquences mais sera définie par la suite par sa plage principale d'émission.
  • Dans la suite de la description le terme « audience » désigne la répartition physique des auditeurs ou spectateurs présents lors d'un spectacle par rapport à une scène. Comme illustré sur les Figures 1a-1b et 2, cette répartition physique peut prendre différentes configurations.
  • Par exemple, dans une salle de concert l'audience 2 peut être relativement rapprochée de la scène 1 alors que lors d'un festival en plein air, l'audience 2 peut être plus étendue.
  • L'audience 2 peut également être répartie en hauteur, selon que les spectateurs sont au niveau du sol Z0 ou sont surélevés par des gradins ou toute autre structure similaire ZH.
  • En fonction de l'audience, des objectifs de diffusion sonore sont fixés par les ingénieurs du son. Ces objectifs portent sur la répartition du niveau sonore et la qualité du son sur l'audience. Pour cela, les ingénieurs du son se basent sur les courbes de réponse fréquentielle comme celles représentées dans les 7b à 7e, ou encore 8b à 8e. Dans ces graphiques, chaque courbe représente le niveau sonore en dB ou la phase en degrés en fonction de la fréquence qu'un auditeur, placé à un point de l'audience, entend.
  • Idéalement, lorsque le son diffusé est homogène sur toute l'audience (i.e. même niveau sonore et même contour fréquentiel), toutes les courbes en magnitude devraient être superposées. Or, dans la réalité, on observe plutôt une décroissance de niveau entre l'avant (près de la scène) et l'arrière (loin de la scène) de l'audience.
  • Un des objectifs est donc que toutes les courbes aient la même forme (c'est-à-dire un même contour fréquentiel) et soient les plus resserrées possible les unes avec les autres. D'autres types d'objectifs existent comme, par exemple :
    • avoir une décroissance du niveau sonore linéaire entre l'avant et l'arrière de l'audience, qui serait représenté par des courbes régulièrement espacées ; ou encore
    • avoir un niveau constant dans une première partie de l'audience puis linéairement décroissant dans une seconde partie, qui serait représenté par un premier ensemble de courbes resserrées et un second avec des courbes régulièrement espacées.
  • Egalement, un des objectifs est que l'ensemble des composantes fréquentielles du signal sonore émis par le dispositif de diffusion sonore parviennent au même instant et en phase en un point quelconque de l'audience.
  • ldéalement, selon cet objectif, les courbes de réponse fréquentielle en phase devraient être toutes confondues avec l'axe horizontal de phase nulle après soustraction du délai de propagation minimal.
  • Le délai de propagation minimale est défini comme le temps mis par l'onde de pression acoustique pour atteindre un point d'audience donné, à partir de l'enceinte la plus proche.
  • Après avoir défini les objectifs de diffusion sonore souhaités, il faut choisir le ou les dispositifs de diffusion sonore à utiliser.
  • Chaque dispositif de diffusion sonore peut être défini par trois caractéristiques techniques principales : son ouverture totale verticale, son ouverture totale horizontale et sa portée.
  • Le terme « portée » désigne la distance entre le dispositif de diffusion sonore 3, généralement situé sur l'avant de la scène 1, et la profondeur à laquelle le son diffusé par ce dispositif 3 est correctement entendu (de manière intelligible / cohérente) dans l'audience 2.
  • Le terme « ouverture totale », ou lobe de directivité, désigne quant à lui usuellement le double de l'angle pour lequel on observe une perte de 6dB, correspondant à une réduction de 50% de l'intensité sonore, par rapport à l'axe du dispositif sonore considéré, à savoir vertical ou horizontal. Cet axe est défini comme la direction où l'intensité sonore est maximale dans la direction considérée.
    • Modes de réalisation
  • La Figure 1a illustre un arrangement stéréo classique 10 comprenant deux dispositifs de diffusion sonore 3, tous deux situés en hauteur au-dessus de la scène 1, l'un situé à gauche G et l'autre à droite D de la scène 1. La Figure 1b illustre un arrangement 100 adapté pour diffuser un signal sonore spatialisé et comprenant quatre dispositifs de diffusion sonore 3.
  • Chaque dispositif de diffusion sonore 3 comprend un empilement vertical d'enceintes inclinées les unes par rapport aux autres de sorte à incliner mécaniquement la directivité verticale globale du dispositif de diffusion sonore 3 en direction de l'audience 2.
  • Pour illustrer ce phénomène, la vue de profil de la scène 1 et d'un tel dispositif de diffusion sonore 3, Figure 2 , permet de voir en pointillé l'axe normal à chaque enceinte et son inclinaison en fonction de la zone de l'audience 2 ciblée. Ainsi, l'installation d'un tel dispositif 3 est fort complexe car elle nécessite de déterminer l'angle d'inclinaison optimum entre chaque enceinte pour cibler selon l'audience 2 des points clés ou médians permettant une répartition homogène du son diffusé sur l'audience 2. De plus, un tel empilement d'enceintes génère un front d'onde non continu.
  • La Figure 3a représente le champ de pression acoustique autour d'un tel dispositif 3 à la fréquence particulière de 1324 Hz, correspondant à l'apparition d'un pic d'intensité sonore à l'arrière du dispositif 3. Un niveau de gris foncé représente une pression acoustique importante, et donc un niveau sonore important. A l'inverse, un niveau de gris clair représente un niveau sonore réduit. La Figure 3b représente quant à elle le niveau sonore généré en quatre points caractéristiques de l'audience : la cabine de mixage (« FOH »), l'aplomb (« Below »), l'arrière (« Behind ») et le dessus (« Above ») d'un tel dispositif de diffusion sonore 3, référencés par rapport au niveau sonore à la cabine de mixage. Le dispositif 3 est ici composé d'un assemblage de 12 enceintes à courbure variable, chaque enceinte étant composée d'une source HF et de deux sources MF, présentant des panneaux de séparation de 13mm d'épaisseur et des jeux d'assemblage de l'ordre de 5mm entre chaque enceinte. Ces graphiques permettent de constater la présence de niveaux sonores importants et non souhaités à l'aplomb, à l'arrière et au-dessus du dispositif de diffusion sonore 3, comparativement au niveau sonore à la cabine de mixage.
  • Pour répondre à ces difficultés d'installation ainsi qu'à la présence de lobes parasites sur la scène 1, un premier mode de réalisation de l'invention porte sur un dispositif de diffusion sonore 300 comme illustré Figure 4 .
  • Le dispositif de diffusion sonore 300 comprend un caisson unique 310, et dans ce caisson unique, au moins deux sources acoustiques haute fréquence 320 superposées, et plusieurs sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence 330 superposées et disposées à gauche et/ou à droite des sources acoustiques haute fréquence 320, les sources acoustiques haute fréquence 320 étant individuellement couplées à un guide d'onde 340 de sorte à générer un front d'onde vertical à courbure non constante figée.
  • Les au moins deux sources acoustiques haute fréquence superposées forment un empilement vertical courbé. Avantageusement, cet empilement vertical courbé présente une courbure physique non constante figée. Chaque source acoustique haute fréquence présente une direction principale d'émission. La courbure physique d'un empilement vertical courbé est de manière claire égale à la courbure de l'arc représentant la courbe de profil de cet empilement vertical courbé.
  • Une autre définition de la courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence peut être aussi la succession des angles formés par les directions principales d'émission de deux sources acoustiques consécutives.
  • Avantageusement le dispositif de diffusion sonore 300 comprend au moins trois sources acoustiques haute fréquence 320.
  • Pour un nombre de sources acoustiques haute fréquence N supérieur ou égal à trois, une courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence non constante est une courbure pour laquelle au moins un angle alpha_i, formé par les directions principales d'émission des i-ème et i+1ème sources acoustiques haute fréquence consécutives 320, i étant un entier compris entre 1 et N-1, est différent des autres angles alpha_n, pour n différent de i.
  • Une courbure physique de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques haute fréquence 320 figée est une courbure qui n'est pas apte à être modifiée par un utilisateur.
  • Avantageusement, chaque guide d'onde 340 comprend une sortie, les sorties des guides d'ondes étant jointives, de sorte à former un ruban continu et donc un front d'onde continu.
  • Pour obtenir une répartition sonore satisfaisante sur l'audience sans avoir recours au contrôle électronique, il est préférable que la courbure non constante figée du front d'onde vertical soit monotone.
  • La Figure 5a représente le champ de pression acoustique autour d'un tel dispositif 300 à cette même fréquence particulière de 1324 Hz et avec les mêmes codes couleur que la Figure 3a . La Figure 5b représente quant à elle le niveau sonore généré aux trois mêmes points caractéristiques de l'audience, référencés par rapport au niveau sonore à la cabine de mixage. Le dispositif 300 est pour cette simulation numérique composé d'un empilement de 12 sources haute fréquence, ne présentant ni panneaux de séparation ni jeux d'assemblage, et générant donc un front d'onde continu. Ces graphiques permettent de constater la disparition ou la très forte atténuation des lobes parasites de niveaux sonores non souhaités à l'aplomb, à l'arrière et au-dessus du dispositif de diffusion sonore 300.
  • Ainsi, ce genre de dispositif de diffusion sonore 300 permet, grâce notamment à la combinaison de plusieurs sources dans une seule et unique enceinte (i.e. un seul caisson 310) :
    • de minimiser les discontinuités entre les sources acoustiques réduisant voire supprimant les lobes parasites ;
    • de diminuer considérablement le poids et le coût de fabrication du dispositif grâce à la suppression des différents panneaux horizontaux qui étaient présents entre les sources acoustiques dans l'empilement d'enceintes facilitant également le transport du dispositif 300 et son installation ; et
    • une installation rapide ne nécessitant pas le réglage angulaire de chacune des sources acoustiques les unes entre les autres.
  • En effet, la courbure de l'empilement vertical courbé des sources acoustiques hautes fréquences est figée et non modifiable par un utilisateur. Ainsi, aucun réglage par l'utilisateur n'est nécessaire pour l'installation des différentes sources.
  • De manière à adapter le front d'onde résultant aux objectifs de diffusion, les sources haute fréquence 320 sont être individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et phase.
  • Le contrôle électronique (ou DSP - Digital System Processing, i.e. Processeur de Signal Numérique) permet, entre autres, de modifier l'inclinaison du lobe de directivité de l'ensemble sans avoir à les incliner physiquement.
  • Pour comprendre le phénomène, si l'on considère un arrangement rectiligne vertical de N sources ponctuelles espacées d'une distance d et présentant la directivité d'une source rectangulaire de hauteur d, on peut montrer que, en tout point du plan de l'arrangement, défini par une distance r et un angle θ à la source, le niveau sonore SPL relatif à l'axe de projection vaut : SPL r θ = 20 log 10 sin kdsinθ 2 kdsinθ 2 sin N kd 2 sinθ Nsin kd 2 sinθ
    Figure imgb0001
  • Où k est le nombre d'onde correspondant à 2 πf c
    Figure imgb0002
     où f est à la fréquence considérée et c la célérité du son dans le milieu considéré (ici l'air).
  • En appliquant des réglages de phase différents à chacune des sources de l'arrangement, on peut parvenir à incliner le lobe sonore principal d'un angle θ0.
  • On peut montrer de manière similaire que le niveau sonore relatif vaut: SPL r θ θ 0 = 20 log 10 sin kdsinθ 2 kdsinθ 2 sin N kd 2 sinθ − sinθ 0 Nsin kd 2 sinθ − sinθ 0
    Figure imgb0003
  • On peut considérer comme acceptable un réglage physique ou électronique ne générant pas de lobe parasite dont l'intensité sonore est supérieure à -12dB par rapport au lobe principal, et ce à une même distance de la source.
  • Ainsi, on peut montrer qu'il existe un angle θ0 maximal au-delà duquel apparaissent des lobes parasites d'intensité supérieure au seuil précédemment défini. Cet angle maximal peut s'exprimer en fonction de la fréquence et de la hauteur de la source par la formule approchée suivante : θ 0 , max ≈ arcsin 2 π − x 0 kd
    Figure imgb0004
  • Où x0 est la solution de l'équation sin x x = 10 − 12 20 ; x 0 ≈ 2.47
    Figure imgb0005
  • Afin de couvrir une audience proche, il est courant de devoir orienter la dernière enceinte d'un arrangement d'un angle supérieur à 45° par rapport à l'horizontale. Cela est d'autant plus vrai lorsque l'arrangement est suspendu à des hauteurs importantes, ce qui peut être le cas lorsqu'il est placé au-dessus de la scène ou que la géométrie du lieu ne permet pas d'implantation basse.
  • L'abaque de la Figure 6 décrit l'évolution de l'angle θ0 maximal pour deux fréquences, 10kHz et 16kHz, en fonction de la hauteur de chaque source.
  • On constate qu'afin d'atteindre un angle θ0 de 45° à 10kHz, il faut une source unitaire de 10mm de hauteur, et que cette source ne peut être inclinée électroniquement que de 27° à 16kHz. Une telle discrétisation de la ligne source implique un nombre très important de composants de petite taille et de canaux d'amplification avec DSP, solution qui ne semble pas avantageuse.
  • Sur ce même abaque, on constate que, pour une source de 30mm de hauteur, l'angle maximal θ0 est de 14° à 10kHz, et de 9° à 16kHz.
  • Une telle source pourrait être utilisée sans trop de complexité, mais elle ne permettrait pas d'atteindre l'angle de 45° évoqué, même à 10kHz, sans créer des lobes parasites hors champs.
  • Pour ces raisons, la technique consistant à courber électroniquement une ligne source rectiligne verticale ne permet pas d'obtenir des résultats aussi bons qu'une ligne source courbée physiquement.
  • A l'inverse, une ligne avec des sources de 140mm de hauteur permet d'atteindre un angle maximal θ0 de 3° à 10kHz et de 2° à 16kHz. Ainsi l'association d'une courbure physique adaptée de l'empilement des sources acoustiques haute fréquence avec le contrôle électronique individualisé de celles-ci, combiné ou non avec un contrôle électronique individualisé des sources basse et/ou moyenne fréquence en amplitude et phase, apparaît être une solution optimale.
  • De manière plus visuelle et quantitative, les simulations numériques suivantes permettent de mettre en évidence les avantages et inconvénients de ces différentes configurations.
  • Les Figures 7a à 7e représentent les résultats obtenus avec un empilement rectiligne vertical d'enceintes comprenant une source acoustiques haute fréquence située entre deux sources acoustiques moyenne et/ou basse fréquence sur un même plan horizontal. Sur la Figure 7a , les traits pleins partant de l'empilement rectiligne vertical représentent l'ouverture verticale totale couverte. La Figure 7b représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel empilement rectiligne vertical avant l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques. Les courbes en gris foncé correspondent à l'audience, et les courbes en pointillés gris clair correspondent à la scène et au plafond. La Figure 7c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel empilement rectiligne vertical, à la cabine de mixage (« FOH ») et au début de l'audience (« Proximity »), avant l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques, et après soustraction du délai de propagation minimal. La Figure 7d représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel empilement rectiligne vertical, après l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques, et avec les mêmes codes couleur que la Figure 7b . La Figure 7e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel empilement rectiligne vertical, après l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques et soustraction du délai de propagation minimal, calculées à la cabine de mixage et au début de l'audience.
  • Les Figures 8a à 8e représentent les résultats obtenus avec un empilement vertical courbé d'enceintes comprenant une source acoustiques haute fréquence située entre deux sources acoustiques moyenne et/ou basse fréquence sur un même plan horizontal. Sur la Figure 8a , les traits pleins partant de l'empilement vertical courbé représentent l'ouverture verticale totale couverte. La Figure 8b représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel empilement courbé après optimisation des angles entre chaque source et avant l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques, et avec les mêmes codes couleur que la Figure 7b . La Figure 8c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel empilement courbé après optimisation des angles entre chaque source, à la cabine de mixage et au début de l'audience, avant l'application du contrôle électronique sur les sources acoustiques et après soustraction du délai de propagation minimal. La Figure 8d représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel empilement courbé, après optimisation des angles entre chaque source et application du contrôle électronique sur les sources acoustiques, et avec les mêmes codes couleur que la Figure 7b . La Figure 8e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel empilement courbé après optimisation des angles entre chaque source, application du contrôle électronique sur les sources acoustiques et soustraction du délai de propagation minimal, calculées au niveau de la cabine de mixage et au début de l'audience.
  • Enfin, les Figures 9a à 9e représentent les résultats obtenus avec un dispositif de diffusion sonore 300 à courbure physique non constante figée telle que décrit précédemment. Sur la Figure 9a , les traits pleins partant du dispositif sonore 300 représentent l'ouverture verticale totale couverte. La Figure 9b représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel dispositif 300 à partir seulement de la courbure physique non constante figée, et avec les mêmes codes couleur que la Figure 7b . La Figure 9c représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel dispositif 300 à partir seulement de la courbure physique non constante figée, après soustraction du délai de propagation minimal, calculées à la cabine de mixage et au début de l'audience. La Figure 9d représente les courbes de réponse fréquentielle en magnitude générées par un tel dispositif 300, après l'application du contrôle électronique en magnitude et en phase, avec une source acoustique par canal DSP, et avec les mêmes codes couleur que la Figure 7b . La Figure 9e représente les courbes de réponse fréquentielle en phase générées par un tel dispositif 300, après application du contrôle électronique en magnitude et en phase, avec une source acoustique par canal DSP, et après soustraction du délai de propagation minimal, calculées à la cabine de mixage et au début de l'audience.
  • On constate que la solution des Figures 8a à 8e donne une réponse globalement satisfaisante, néanmoins perfectible en hautes fréquences (faisceau de courbes en magnitude moins resserré, et courbes de phase plus chahutées). En revanche, le niveau sonore sur la scène et sur le plafond (visible sur les courbes gris clair des Figures 8b et 8d ) présente de très nombreux pics en hautes fréquences, à un niveau équivalent à celui sur l'audience, ce qui est problématique.
  • L'arrangement rectiligne vertical des Figures 7a à 7e , pour lequel la couverture de l'audience est obtenue par des moyens uniquement électroniques (cas des Figures 7d et 7e ), conduit quant à lui à une réponse fréquentielle globalement satisfaisante en magnitude sur l'audience. Cependant, le niveau sonore sur la scène et surtout le plafond, présente des pics à partir de 6kHz d'un niveau équivalent à celui sur l'audience, liés à l'apparition de lobes parasites hors axe, suite à l'application de paramètres de magnitude et de phase excessifs comme dans le cas d'une inclinaison réalisée uniquement de manière électronique. En outre, les courbes de phase sont très chahutées, et traduisent des décalages temporels importants de l'arrivée sur l'audience des différentes composantes fréquentielles du signal sonore.
  • En revanche, les résultats obtenus par les configurations des Figures 9a à 9e sont satisfaisants sur l'ensemble du spectre audio, tant en magnitude qu'en phase. Le niveau sonore sur la scène et le plafond est très inférieur à celui sur l'audience, et les courbes de phase présentent peu de fluctuations, avant et après application des paramètres de correction électronique en magnitude et en phase.
  • Une autre façon d'améliorer le contrôle de la directivité et la qualité d'émission sonore du dispositif 300, et compatible des modes de réalisation précédemment décrits, est d'ajouter des volets orientables.
  • Pour cela, parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne et/ou basse fréquence il doit y avoir au moins une source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence. Le dispositif de diffusion sonore 300 peut alors être équipé de volets orientables agissant sur une émission sonore d'au moins une des sources acoustiques haute fréquence 320 pour produire une directivité d'émission sonore de la source acoustique haute fréquence selon un secteur angulaire choisi, la source acoustique haute fréquence et la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence étant configurées pour émettre sur une plage de fréquences commune.
  • Le dispositif de diffusion sonore comprend également au moins un module de commande de type processeur de signal numérique agissant sur un signal à destination de la source acoustique haute fréquence et sur un signal à destination de la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à appliquer dans la plage de fréquences commune au moins un paramètre de magnitude sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence ainsi qu'au moins un paramètre de phase sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à produire une directivité d'émission sonore du couple constitué de la source acoustique haute fréquence et de la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence selon le même secteur angulaire choisi que la directivité produite par les volets orientables.
  • Les différentes variantes de ce mode de réalisation sont décrites dans le document EP 3 063 950 B1 .
  • Selon la répartition physique de l'audience 2, il peut être avantageux de réaliser deux types spécifiques de dispositif de diffusion sonore 300 tel que décrit précédemment.
  • Pour le cas où le dispositif de diffusion sonore émettrait vers une audience éloignée de la scène ou en incidence rasante, on définit un dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence 310 produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total inférieur ou égal à 20°, comme illustré Figure 10 . Cela correspond à une courbure non constante figée relativement faible, représentée par des lignes perpendiculaires au front d'onde de faible longueur sur le dispositif de droite.
  • Le graphe sur la droite de la Figure 10 illustre une autre représentation de l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé de sources acoustiques haute fréquence 310 formé par le dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F, par rapport à la sous-figure de la figure 10 où sont représentées les valeurs de courbure du dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F par des lignes perpendiculaires au front d'onde. Sur ce graphe est représentée l'évolution de la valeur de l'angle alpha_i entre la i-ème et i+1-ème source acoustique, pour i entier allant de 1 à N-1, N étant le nombre de sources acoustiques hautes fréquences 310. Il peut être constaté que l'écart entre l'angle entre les deux sources acoustiques haute fréquence 310 les plus hautes et celui entre les deux sources acoustiques haute fréquence 310 les plus basses (dans la direction verticale) est faible, ce qui correspond à une courbure non constante figée relativement faible. Dans ce cas particulier, la courbure physique de l'empilement vertical courbé est monotone.
  • Pour le cas où le dispositif de diffusion sonore émettrait vers une audience proche de la scène ou que celle-ci serait répartie sur un secteur angulaire vertical important, on définit un dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue » 300_W dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence 310 produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total supérieur à 20°, comme illustré Figure 11 . Cela correspond à une courbure non constante figée plus importante représentée par des lignes perpendiculaires au front d'onde de longueur importante sur le dispositif de droite.
  • Le graphe sur la droite de la Figure 11 illustre une autre représentation de l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé de sources acoustiques haute fréquence 310 formé par le dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue» 300_W, par rapport à la sous-figure de la figure 11 où sont représentées les valeurs de courbure du dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue» 300_W par des lignes perpendiculaires au front d'onde. Sur ce graphe est représentée l'évolution l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé de sources acoustiques haute fréquence 310 formé par le dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue» 300_W,c'est-à-dire l'évolution de la valeur de l'angle alpha_i entre la i-ème et i+1-ème source acoustique, pour i entier allant de 1 à N-1, N étant le nombre de sources acoustiques hautes fréquences 310. Il peut être constaté que l'écart entre l'angle entre les deux sources acoustiques haute fréquence 310 les plus hautes et celui entre les deux sources acoustiques haute fréquence 310 les plus basses (dans la direction verticale), est plus large que sur la Figure 10, ce qui correspond à une courbure non constante figée plus importante que dans le cas de la Figure 10 et d'un dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F. Dans ce cas particulier également, la courbure physique de l'empilement vertical courbé est monotone.
  • Pour des configurations de répartition physique de l'audience 2 nécessitant une puissance sonore plus grande ou pour des répartitions plus complexes et/ou plus étendue, un ensemble de diffusion sonore comprend au moins un premier dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F et un dispositif de diffusion sonore 300, 300_F ou 300_W tels que définis précédemment et superposés de telle sorte que l'ensemble de diffusion sonore résultant génère un front d'onde vertical à courbure non constante figée comme illustré sur la Figure 12 .
  • En d'autres termes, le dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F est couplable avec un autre dispositif de diffusion sonore 300, 300_F ou 300_W tels que définis précédemment et assemblable par des moyens de fixation.
  • En particulier, le dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F est couplable avec un dispositif de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F identique à lui-même.
  • Un ensemble de diffusion sonore, résultant de la superposition de deux dispositifs de diffusion sonores tels que précédemment décrits, forme un empilement vertical courbé présentant une courbure physique non constante figée.
  • Pour compenser une éventuelle non monotonie générée par l'assemblage des dispositifs entre eux comme dans le cas des Figures 12 et 13 , les sources haute fréquence sont individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et en phase.
  • Il peut s'agir en particulier de la non monotonie de la courbure physique de l'empilement vertical courbé formé par l'ensemble de diffusion sonore. Le contrôle électronique en amplitude et en phase des sources acoustiques haute fréquence 320 et/ou des sources acoustiques basse et/ou moyenne fréquence 330 peut ainsi permettre d'ajuster un front d'onde sonore émis par l'ensemble de diffusion sonore aux objectifs de diffusion sur une audience.
  • En effet, la superposition de deux dispositifs « à portée étendue » 300_F peut générer une discontinuité dans la courbure et donc une non monotonie que l'on peut voir grâce aux hachures sur la Figure 13 .
  • Comme sur les figures 10 et 11, le graphe sur la droite de la Figure 13 illustre une autre représentation l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé de sources acoustiques haute fréquence 310 formé par un ensemble de diffusion sonore résultant de l'assemblage de deux dispositifs de diffusion sonore « à portée étendue » 300_F, par rapport à la sous-figure de la figure 13 où sont représentées les valeurs de courbure de cet ensemble de diffusion sonore par des lignes perpendiculaires au front d'onde.. Sur ce graphe, on observe une non monotonie de l'évolution des angles entre les sources 7 et 9, correspondant à une rupture de la monotonie de l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé formé par l'ensemble de diffusion sonore. Dans ce cas, un contrôle DSP permet de ré-ajuster le front d'onde sonore émis par l'ensemble de difffusion sonore pour l'adapter aux objectifs de diffusion.
  • Enfin, pour faciliter l'installation, l'ensemble de diffusion peut avantageusement comprendre des moyens de fixation configurés de sorte à ce que chaque dispositif de diffusion sonore est relié au dispositif de diffusion sonore situé au-dessus, respectivement en dessous, par des points de fixation dépourvus de réglage angulaire.
    • LISTE DES REFERENCES
    • 1 scène
    • 2 audience
    • 3 dispositif de diffusion sonore
    • 10 arrangement stéréo classique
    • 100 arrangement adapté pour diffuser un signal sonore spatialisé
    • 300 dispositif de diffusion sonore
    • 300_F dispositif de diffusion sonore « à portée étendue »
    • 300_W dispositif de diffusion sonore « à ouverture verticale étendue »
    • 310 caisson
    • 320 source acoustique haute fréquence
    • 330 source acoustique basse ou moyenne fréquence
    • 340 guide d'onde
    • D Droite
    • FOH Cabine de Mixage (Front Of House)
    • G Gauche
    • L Largeur de la scène

Claims (12)

  1. Dispositif de diffusion sonore (300) comprenant un caisson unique (310) et, dans ce caisson unique (310), au moins deux sources acoustiques haute fréquence (320) superposées, et plusieurs sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence (330) superposées et disposées à gauche et/ou à droite des sources acoustiques haute fréquence (320), les sources acoustiques haute fréquence (320) étant individuellement couplées à un guide d'onde (340) et disposées selon un empilement vertical courbé présentant une courbure physique non constante figée et étant individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et phase de manière à adapter le front d'onde résultant aux objectifs de diffusion sur une audience.
  2. Dispositif de diffusion sonore (300) selon la revendication 1, dans lequel chaque guide d'onde (340) comprend une sortie, les sorties des guides d'ondes étant disposées de manière parfaitement jointives, de sorte à former un ruban continu.
  3. Dispositif de diffusion sonore (300) selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel l'évolution de la courbure physique de l'empilement vertical courbé est monotone.
  4. Dispositif de diffusion sonore (300) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 tel que parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne et/ou basse fréquence (330) il y a au moins une source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence, le dispositif de diffusion sonore comprenant également :
    des volets orientables agissant sur une émission sonore d'au moins une des sources acoustiques haute fréquence pour produire une directivité d'émission sonore de la source acoustique haute fréquence selon un secteur angulaire choisi, la source acoustique haute fréquence et la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence étant configurées pour émettre sur une plage de fréquences commune ; et
    au moins un module de commande de type processeur de signal numérique agissant sur un signal à destination de la source acoustique haute fréquence et sur un signal à destination de la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à appliquer dans la plage de fréquences commune au moins un paramètre de magnitude sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence ainsi qu'au moins un paramètre de phase sur la source acoustique haute fréquence et/ou sur la source acoustique émettant sur une plage moyenne fréquence de manière à produire une directivité d'émission sonore du couple constitué de la source acoustique haute fréquence et de la source acoustique émettant une plage moyenne fréquence selon le même secteur angulaire choisi que la directivité produite par les volets orientables.
  5. Dispositif de diffusion sonore à portée étendue (300_F) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence (320) produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total inférieur ou égal à 20°.
  6. Dispositif de diffusion sonore à ouverture verticale étendue (300_W) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel l'ensemble des sources acoustiques haute fréquence (320) produit une directivité d'émission sonore globale présentant un angle d'ouverture verticale total supérieur à 20°.
  7. Dispositif de diffusion sonore à portée étendue (300_F) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il peut être couplé et superposé par-dessus ou par dessous avec un deuxième dispositif de diffusion sonore (300, 300_F ou 300_W) selon l'une des revendications 1 à 6 par des moyens de fixation.
  8. Dispositif de diffusion sonore à portée étendue (300_F) selon la revendication 7, dans lequel le deuxième dispositif de diffusion sonore est identique au dispositif de diffusion sonore à portée étendue (300_F).
  9. Dispositif de diffusion sonore selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des canaux de contrôle électronique et d'amplification sont aptes à alimenter chacune ou plusieurs des sources haute fréquence, ainsi que chacune ou plusieurs sources acoustiques parmi la pluralité de sources acoustiques moyenne fréquence et/ou basse fréquence.
  10. Ensemble de diffusion sonore comprenant au moins un premier dispositif de diffusion sonore à portée étendue (300_F) selon la revendication 7 et un dispositif de diffusion sonore (300, 300_F ou 300_W) selon l'une des revendications 1 à 9, superposés, et formant un empilement vertical courbé et présentant une courbure physique non constante figée.
  11. Ensemble de diffusion sonore selon la revendication 10 dans lequel les sources haute fréquence (320) sont individuellement contrôlées électroniquement en amplitude et en phase de manière à adapter le front d'onde résultant aux objectifs de diffusion sur une audience et à compenser une éventuelle non monotonie générée par un assemblage des dispositifs entre eux.
  12. Ensemble de diffusion sonore selon la revendication 11, dans lequel la non monotonie est celle de la courbure physique de l'empilement vertical courbé formé par l'ensemble de diffusion sonore.
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