Optimisation des performances d'enceintes co-axiales large bande par traitement numerique du signal

Optimizing wide band co-axial loudspeaker systems using digital signal processing techniques

• Auteur / Autrice : Hmaied Shaiek
• Direction : Jean-Marc Boucher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement du signal -- Techniques numériques

Enceintes acoustiques

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'optimiser le rayonnement de sources acoustiques haut de gamme en utilisant des techniques de traitement numériques du signal adaptées. Cette optimisation s'est effectuée en deux grandes étapes. La première étape concerne l'optimisation des caractéristiques de rayonnement en champ libre. Cette partie peut être vue comme étant la complémentarité entre une recherche purement électroacoustique permettant de mettre au point des sources acoustiques capables de reproduire la totalité de la bande des fréquences audibles ([20Hz, 20kHz]) avec une directivité contrôlée: c'est l'apport des sources co-axiales. D'autre part, une recherche dans le domaine du traitement numérique du signal permettant de corriger les défauts résiduels de ces sources et d'appuyer leurs performances en vue de se rapprocher au mieux de l'idéal point source théorique. Pour une source acoustique à voies co-axiales, comme pour toute autre source multivoies, le module de traitement numérique du signal, que nous avons développé et validé sur des systèmes Cabasse, assure en plus des fonctions classiques de mise en phase, de séparation de voies et d'égalisation, un contrôle avancé de la directivité permettant de corriger d'éventuelles dérives du rayonnement au niveau des bandes de fréquences de recouvrement des transducteurs qui constituent la source. La deuxième étape d'optimisation, est relative aux corrections des colorations induites par le local d'écoute, c'est-à-dire égalisation du canal acoustique. En effet, le problème de la correction automatique des réflexions multiples et de la réverbération acoustique a suscité de nombreuses recherches sans qu'une solution universelle ne soit retenue. Dans le contexte de la présente étude où les sources acoustiques utilisées excitent les modes de très basses fréquences du local d'écoute, nous nous sommes focalisé sur le traitement des basses fréquences. Dans ce cas, une méthode d'égalisation multipoints basses fréquences des réponses du local d'écoute a été introduite. Cette technique propose une synthèse automatisée de filtres à encoches permettant de corriger les pics communs aux réponses mesurées au niveau d'une certaine zone d'écoute. Le but étant d'aboutir à une maquette de faisabilité, l'ensemble des traitements a été implémenté sur un DSP qui a été judicieusement choisi en fonction des applications visées et de la complexité des traitements à réaliser.

This thesis deals with the optimization of High-End multi-way loudspeaker systems radiation by using dedicated digital signal processing techniques. This optimization was carried out in two parts. The first part relates to the optimization of the free field radiated by the loudspeaker system. This part can be seen as a complementarity between an electro-acoustical survey which made it possible to design acoustic sources able to reproduce the entire audio band extending with a well controlled directivity : this is the contribution of coaxial loudspeaker systems. On the other hand, a research in the field of digital signal processing correcting the residual defects of these sources and enhancing their performances in order to approach as well as possible the theoretical point source. For a coaxial acoustic source, as for any other multi-way loudspeaker system, the digital filter bank we developed, and validated on Cabasse systems, ensures, in addition to the usual crossover and equalization functions, an enhanced control of the system directivity making it possible to correct possible radiation shifts over transducers' frequency overlap bands. The second part of optimization, relates to the transfer brought by the listening room : equalization of the Room Transfer Functions. Indeed, many researchers were concerned with the correction of multiple room reflections and acoustic reverberation. However no universal solution is adopted. In the context of this study where the acoustic sources stimulate the very low frequencies room modes, it was initially necessary to focus on solving this problem. In this case, a multiple-point low frequency compensation technique of the room modes effects was introduced. This method proposes an automated design of digital notch filters making it possible to correct the peaks that are common to all the room responses measured over a given listening zone. The goal being to lead to an industrial model, the whole processing were implemented in real-time on a DSP which was thoroughly chosen according to the applications targeted and the complexity of the processing to be carried out.