Lors de l’IFA (Internationale Funkaustellung), qui s’est déroulée à Berlin (Allemagne) du 4 au 9 septembre, des scientifiques de l’institut Fraunhofer, en Allemagne, ont présenté un concept entièrement nouveau de haut-parleurs ultraplats capables de reproduire le spectre sonore complet.

Eu égard à la popularité des systèmes stéréo, 5.1 et autres formats de type multicanal, il est nécessaire de placer un nombre de haut-parleurs de plus en plus important dans une pièce afin d’obtenir une reproduction sonore idéale. Et ces haut-parleurs sont volumineux : en effet, leur membrane a besoin d’espace pour vibrer afin de garantir une reproduction sonore la plus fidèle possible.
Des haut-parleurs plats constituent une solution à ce problème d’espace, car ils peuvent être intégrés de façon quasi invisible dans leur environnement. Cependant, la qualité sonore des haut-parleurs plats traditionnels est affectée lorsqu’ils sont accrochés au mur ou directement intégrés dans le mobilier.

En collaboration avec Sennheiser Electronic, des scientifiques du Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie (IDMT) d’Ilmenau, en Allemagne, viennent de présenter un prototype de haut-parleur très particulier : ultraplat, mais doté d’une résonance satisfaisante.
Selon le Dr Sandra Brix de l’IDMT (photo à gauche), « Cette nouvelle génération [de haut-parleurs] offre une balance tonale et une pression acoustique qui permettront même à l’avenir une utilisation professionnelle dans les domaines du cinéma ou du concert . »
Pour arriver à ce résultat, le Dr Brix et son équipe se sont inspirés des haut-parleurs utilisés dans les casques d’écoute haut de gamme.
Comme l’explique le Dr Jürgen Peissig, directeur du Département de recherches sur le traitement du signal et les hautes fréquences chez Sennheiser Electronic, « cette collaboration avec l’Institut Fraunhofer offre un nouveau domaine d’application à nos haut-parleurs électrodynamiques miniatures haut de gamme pour casques d’écoute. En raison de leur profondeur totale réduite, ceux-ci conviennent parfaitement aux enceintes les plus plates, sans aucune perte de fidélité sonore. Ils sont placés en groupes - appelés “Arrays” dans notre jargon professionnel - ce qui leur permet d’obtenir une qualité audio inédite. »
Selon le Dr Brix, « Même directement accrochés au mur ou intégrés dans des équipements multimédia ou du mobilier, ils peuvent reproduire un spectre de fréquences allant de 100 Hz à 20 kHz. Ceci distingue notre nouveau concept de celui des haut-parleurs plats habituels, qui atteignent une fidélité satisfaisante à ces niveaux de reproduction seulement s’ils sont placés à une certaine distance du mur. »
Par conséquent, les nouveaux haut-parleurs ultraplats sont particulièrement bien adaptés aux systèmes en multicanal et au système de reproduction audio IOSONO.
Basé sur le principe de la synthèse de front d’onde (WFS - « Wave Field Synthesis »), le procédé IOSONO crée un champ sonore réaliste et spatialisé dans l’aire d’écoute toute entière au moyen d’un grand nombre de petits haut-parleurs disposés en cercle. Grâce à leur design et à leurs caractéristiques sonores, les nouveaux haut-parleurs peuvent désormais s’intégrer très discrètement dans leur environnement.
Le Dr Brix est également convaincue qu’à l’avenir, il sera possible de mettre cette technologie à profit dans des domaines qui nécessitent une intégration aussi transparente que possible du matériel de reproduction sonore. En effet, la construction automobile et aéronautique ne sont pas les seuls domaines d’activités nécessitant des dispositifs de reproduction sonore de bonne qualité à la fois légers et minces.
Ainsi, les spas et les hôtels cherchent à proposer des ambiances qui satisfont tant la vue que l’ouïe de leurs visiteurs. Les haut-parleurs ultraplats pourront par exemple s’intégrer jusqu’à devenir invisibles dans un élément décoratif ou pictural de l’environnement.
Les visiteurs de l’IFA ont déjà pu écouter ces nouveau prototypes. Reste à entendre ce qu’ils donneront « en situation ». A suivre, donc…
http://www.idmt.fraunhofer.de/

- Télécharger la fiche technique de l’IDMT (PDF, en anglais).

Adapté par Vinciane Baudoux d’un article du Science Daily du 4 septembre 2009.

Si vous voulez en savoir plus sur la synthèse de front d’onde ou sur le procédé IOSONO, nous vous suggérons de (re)lire les articles ci-après, parus dans nos revues « Les Cahiers de l’ACME / Audio Pro » - comme vous pourrez le constater, cela fait plusieurs années déjà que nos lecteurs sont tenus régulièrement informés sur ce sujet de pointe :

 

- Présentation du studio IOSONO dans le cadre du reportage de Paul Snaps sur le multicanal à la 116e Convention AES à Berlin, publié dans le n° 79 d’Audio Pro / juin 2004.

 

- Dossier complet sur la synthèse de front d’onde écrit par Roald Baudoux (avec de nombreuses références techniques), publié dans le n° 80 d’Audio Pro / septembre 2004.

 

- Reportage par Roald Baudoux sur le 1er concert avec dispositif de spatialisation WFS / IOSONO le 17 septembre 2004 à Ilmenau, en Allemagne, publié dans le n° 221 des cahiers de l’ACME / février 2005.

 

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Le 31 mars dernier, des ingénieurs de Warwick Audio Technologies, une spin-off de l’Université de Warwick, en Angleterre, ont annoncé la création d’un nouveau type de haut-parleur ultraplat (moins de 0,25 mm d’épaisseur !).
Souple, celui-ci peut être accroché au mur comme un tableau. Plus important, la technologie mise en œuvre pour la génération sonore lui permet de produire un son clair et audible, particulièrement adapté à des utilisations dans des lieux publics comme les gares, les terminaux d’aéroport, …
Enfin, ce qui ne gâte rien, ces haut-parleurs sont, d’après leurs concepteurs, légers et peu coûteux.

Chacun sait que tous les systèmes de haut-parleurs fonctionnent en convertissant un signal électrique en ondes sonores. En général, le signal électrique est utilisé pour générer un champ magnétique variable, lequel fait à son tour entrer en vibration un cône mécanique, produisant ainsi les ondes sonores.
La technologie mise en œuvre par les ingénieurs de Warwick est différente. En effet, le FFL (acronyme pour « Flat, Flexible Loudspeaker », c’est-à-dire « haut-parleur souple ultraplat ») utilise un assemblage soigneusement élaboré de polymères conducteurs et isolants, présentés sous la forme d’une pellicule flexible stratifiée laquelle, lorsqu’elle est excitée par un courant électrique, entre en vibration et produit du son.
C’est le diaphragme tout entier du haut-parleur qui vibre en phase. Le train d’ondes émis par la surface vibrante produit une phase cohérente, et donc une onde plane dotée d’une directivité très élevée et d’une capacité de reproduction sonore très fidèle.
 
Etant donné les propriétés décrites ci-dessus, selon ses concepteurs, le système FFL de reproduction sonore convient particulièrement bien aux lieux publics, dans lesquels il est capable de délivrer des ondes sonores planes dotées d’une direction précise, ce qui lui permet de projeter un son intelligible plus loin que des haut-parleurs conventionnels.

Steve Couchman (photo à droite © Warwick University), PDG de Warwick Audio Technologies, estime que le nouveau système pourrait à terme entièrement remplacer les haut-parleurs actuellement utilisés dans les maisons et dans les voitures, ainsi que les systèmes de diffusion sonore utilisés pour les annonces dans les gares, les aéroports et les centres commerciaux.

Selon M. Couchman, « nous sommes convaincus que cette technologie constitue une innovation réelle. La taille et la souplesse du dispositif permettent son utilisation dans des lieux où l’espace est précieux. Les sociétés actives dans le domaine de l’audiovisuel étudient la possibilité de l’incorporer dans des affiches publicitaires et les fabricants d’automobiles ont manifesté leur intérêt particulier envers ce produit pour sa légèreté et sa finesse, ce qui permettrait de l’intégrer dans le revêtement du plafond des véhicules au lieu de devoir utiliser de l’espace situé plus bas, comme c’est généralement le cas.

Une autre application intéressante est constituée par les systèmes de diffusion sonore dans les espaces publics. Le son produit par les haut-parleurs basés sur la technologie FFL peut être directement dirigé vers le public auquel il est destiné. Contrairement à ce qui se passe avec les haut-parleurs de conception traditionnelle, avec le FFL, lors du processus de reproduction sonore, ni le volume sonore, ni la qualité du son ne se détériorent. Ceci signifie que les annonces faites avec ce dispositif dans des lieux publics comme les terminaux d’aéroports seraient plus claires et plus intelligibles. »
 
Au départ, la technologie FFL a été élaborée par le docteur Duncan Billson et le professeur David Hutchins, tous deux en poste à l’université de Warwick. Les premiers prototypes utilisaient uniquement deux feuilles de papier aluminium et une couche isolante de papier sulfurisé pour la pâtisserie pour produire le son ! Depuis lors, la technologie a considérablement évolué et est prête pour des utilisations commerciales.
Warwick Audio Technology est actuellement occupée à négocier avec des partenaires commerciaux et continue d’accueillir les nouvelles propositions ; la société espère lancer son premier produit dans le courant de l’année.

Warwick Audio Technologies : http://www.warwickaudiotech.com/
Université de Warwick : http://www2.warwick.ac.uk/

Vinciane Baudoux

Contact (en anglais) :
Peter Dunn / Kelly Parkes Harrison
Communications Office - University House
University of Warwick
Coventry CV4 8UW
Grande-Bretagne
Courriel : p.j.dunn@warwick.ac.uk
Tél. : [00 44] (0) 24 76 523 708
Portable :  [00 44] (0) 77 67 655 860

Une fois n’est pas coutume, ce qui pourrait bien être une véritable révolution dans les technologies de reproduction sonore nous vient cette fois de Chine, et il faut reconnaître que la découverte de cette équipe de chercheurs de l’Université Tsinghua (Pékin) est sensationnelle.

Cette découverte se base sur une nouvelle application des nanotubes de carbone (photo ci-dessous (c) Wikipédia), structures physiques déjà abondamment étudiées par les chercheurs du monde entier depuis les années 1990. Ces minuscules agencements sont en effet déjà largement pressentis comme moyen potentiel d’administrer des médicaments aux malades et pourraient également être dotés d’usages plus « exotiques », comme la réalisation artificielle de la photosynthèse, ou encore des ascenseurs spatiaux, si, si !
Cependant, personne jusqu’à présent n’avait songé à tester leurs propriétés acoustiques, voilà donc qui est fait, et apparemment nous ne sommes pas au bout de nos surprises…
Le Professeur Shoushan Fan et son équipe de chercheurs de l’UniversitéTsinghua de Pékin, en collaboration avec des confrères de la Normal University (de Pékin également), ont créé un mince film en alignant un grand nombre de nanotubes de carbone d’une épaisseur de 10 nanomètres. Quand les scientifiques ont envoyé un courant électrique audiofréquence au travers du film ainsi constitué, ils se sont rendu compte à leur grande surprise que celui-ci réagissait comme un haut-parleur :

« Nous avons découvert que des films très fins constitués de nanotubes de carbone, une fois alimentés par un courant électrique audiofréquence, pouvaient émettre des sons audibles. L’origine de ce phénomène a pu être attribuée à un effet thermo acoustique. La capacité extrêmement ténue de production de chaleur de ces films produit une large gamme de fréquences et un haut niveau de pression sonore. Sur base de cette découverte, nous avons fabriqué des haut-parleurs constitués de fin film de nanotubes de carbone. Ils possèdent les avantages suivants : épaisseur mesurable en nanomètres, transparence, souplesse et absence d’effets d’aimantation. Une telle unité de haut-parleur en film fin peut être taillée dans n’importe quelle taille et n’importe quelle forme, mise sur pied ou installée sur une surface insonorisée, ce qui pourrait ouvrir un nouveau champ d’applications et d’approches dans la fabrication de haut-parleurs et d’autres équipements acoustiques. »

Les chercheurs ont utilisé un vibromètre laser pour détecter d’éventuelles vibrations dans leur haut-parleur à nanotube alors qu’il produisait du son, mais le film est resté résolument immobile durant toute l’expérience ! Dès lors, l’hypothèse qui s’est imposée aux chercheurs chinois est que ce haut-parleur fonctionne comme un appareil thermoacoustique.

En effet, quand un courant alternatif traverse le film, sa température oscille brutalement entre la température ambiante et 80° centigrades. Ces variations brutales de température provoquent, elles, des variations de pression dans l’air à proximité. Ce sont ces variations de pression induites par la chaleur qui produisent du son, plutôt qu’un mouvement physique - quel qu’il soit - du film de nanotubes lui-même.
Selon le Dr KaiLi Jiang, qui fait partie de l’équipe de chercheurs, ces haut-parleurs en nanotube de carbone présentent des avantages-clé par rapport aux haut-parleurs « classiques » : « Les haut-parleurs standards, qui produisent du son au moyen de la vibration d’un cône, cessent de fonctionner quand ce cône est déchiré. Par contre, le haut-parleur en nanotubes de carbone, lui, ne vibre pas, ce qui signifie qu’il continuera à émettre du son même si le film est partiellement déchiré. »

Plus fort encore : selon le Pr Fan, ces films peuvent être étirés ou pliés dans les formes les plus complexes tout en conservant leurs propriétés acoustiques. A leur étirement maximal, ces feuilles deviennent transparentes, ce qui permettrait par exemple de les fixer sur un écran LCD pour remplacer les haut-parleurs classiques…

Un petit bémol, toutefois : branché sur la sortie standard d’un amplificateur audio classique, le haut-parleur à nanotubes produit une certaine distorsion sonore, due au fait que la température des nanotubes de carbone soumis à un courant audiofréquence grimpe à 80° C - ce, que la polarité du signal émis soit positive ou négative -, créant ainsi une compression. Les nanotubes refroidissent quand le voltage est nul - c’est-à-dire ni positif, ni négatif -, créant une dépression.
En conséquence, les compressions / dépressions se produisent à une fréquence double de celle du voltage analogique entrant, avec pour résultat une distorsion sonore importante et un son « aigrelet ».

L’équipe de chercheurs a néanmoins réussi à contourner partiellement cette difficulté en utilisant un amplificateur audio unipolaire « maison » en lieu et place des appareils bipolaires disponibles sur le marché.

Malgré tout, on est encore loin de la qualité hi-fi, comme cette vidéo d’un haut-parleur en film de nanotubes de carbone vous permettra de le constater. Affaire à suivre, donc…

Sources :

- article de Colin Barras sur le site Internet de New Scientist.
- résumé de l’article original chinois publié sur le site de ACS Publications.

Traduction et adaptation : Vinciane Baudoux.

Attention : malgré la date de publication du communiqué officiel qui l'annonçait - le mercredi 1er avril en l'occurence - et malgré son caractère spectaculaire, l'information suivante est absolument authentique ; notre équipe a bien entendu pris soin d'effectuer les vérifications d'usage :

Des chercheurs de l’Université de Rochester (New York, USA) sont parvenus à enregistrer de la musique dans un fichier numérique d’une taille 1.000 fois inférieure à celle d’un fichier MP3 standard contenant la même information.

La musique, un solo de clarinette d’une durée de 20 secondes extrait d’une sonate de Brahms, occupe moins d’1 Ko de stockage numérique. Cette prouesse a été rendue possible grâce à deux innovations : la recréation conjointe, dans un ordinateur, de la modélisation d’une clarinette réelle, et de celle du jeu d’un clarinettiste.

Cet exploit, qui a été annoncé le 1er avril 2008 lors de l’International Conference on Acoustics Speech and Signal Processing à Las Vegas (Californie, USA), n’est pas encore la reproduction parfaite d’une interprétation réelle, mais les chercheurs disent ne plus en être très éloignés.

Selon Mark Bocko (photo (c) University of Rochester), professeur en ingénierie électrique et informatique à l’Université de Rochester et co-inventeur de la nouvelle technologie, « il s’agit pour l’essentiel d’un système de reproduction de la musique à échelle humaine. Les être humains ne peuvent faire bouger leur langue, respirer et mouvoir leurs doigts qu’à une certaine vitesse, donc en théorie il n’est pas vraiment nécessaire d’échantillonner la musique plusieurs milliers de fois par seconde, comme on le fait sur un CD. Je pense que nous avons peut-être trouvé la quantité d’information minimale strictement nécessaire à la reproduction d’un fragment musical. »

Lorsqu’il rejoue la musique, l’ordinateur reproduit littéralement la performance originale, sur base de tout ce qu’il « sait » concernant les clarinettes et le jeu des clarinettistes.
Xiaoxiao Dong et Mark Sterling, deux doctorants travaillant sous l’égide de Mark Bocko, ont collaboré avec lui pour mesurer les paramètres d’une clarinette affectant la production sonore, depuis la variation de la pression de la colonne d’air dans l’embouchure en fonction du doigté employé, jusqu’à la façon dont le son se diffuse depuis l’instrument. Ils ont ensuite programmé un modèle informatique de la clarinette, un instrument virtuel entièrement conçu sur base des mesures acoustiques réalisées dans le monde physique.
L’équipe s’est alors attelée à la tâche de créer un clarinettiste virtuel. Les chercheurs ont modélisé la façon dont le clarinettiste interagit avec son instrument, en tenant compte des doigtés employés, de la force du souffle et de la pression des lèvres, afin de déterminer comment ces paramètres influençaient le son de la clarinette virtuelle.

Ensuite, explique le professeur Bocko, il s’agit de laisser l’ordinateur « écouter » le jeu d’une vraie clarinette pour qu’il déduise et enregistre les différentes actions nécessaires à la création d’un son spécifique. Le son original est alors reproduit en introduisant l’enregistrement des actions de l’instrumentiste dans le modèle informatique.

Actuellement, les résultats obtenus donnent  une reproduction très proche de l’original, même si elle demeure encore imparfaite (illustrations : à gauche, la comparaison de la représentation temporelle en deux dimensions du son originel de la performance réelle avec de la version synthétisée par modélisation de l'extrait musical ; à droite, la représentation en 3D du spectre de fréquences des  clarinettes réelle et modélisée).
Comme l’explique le professeur Bocko, « Nous continuons à travailler, en particulier sur le ‘jeu de langue’, c’est-à-dire sur la façon dont l’interprète touche la anche avec la langue lors de l’attaque des notes dans les passages joués staccato. Dans le cas de musique composée de notes tenues ou liées, le procédé donne d’excellents résultats et il est difficile de distinguer les sons synthétisés des sons originaux. »

Au fur et à mesure que le procédé s’affine, les chercheurs imaginent déjà qu’il sera possible de fournir aux musiciens travaillant sur ordinateur des façons plus intuitives de créer de la musique expressive, en incluant les actions d’un musicien virtuel dans les programmes de synthèse numérique. Et bien que l’appareil vocal humain soit d’une très grande complexité, le Professeur Bocko pense qu’en théorie, la méthode pourrait aussi être appliquée au chant.

Actuellement, le procédé ne permet de « traiter » qu’un seul instrument à la fois, mais une autre équipe de chercheurs du laboratoire de recherche musicale de l’Université de Rochester - en l’occurrence, celle constituée par la chercheuse post-doc Gordana Velikic et par Dave Headlam, professeur de théorie musicale à l’Eastman School of Music, rattachée à l’Université -  a inventé un procédé permettant de séparer les différents instruments présents dans le même mixage ; combinés l’un à l’autre, ces deux procédés pourraient offrir un procédé d’enregistrement extrêmement économique en terme de capacité de stockage numérique.

Le professeur Bocko est convaincu que la qualité de reproduction obtenue va continuer à s’améliorer au fur et à mesure que les mesures acoustiques et les algorithmes de synthèse qui en découlent vont devenir plus précis ; selon lui, le procédé permettrait d’obtenir le taux de compression le plus élevé mathématiquement possible.
Pour lui, la technique d’enregistrement du futur consisterait donc à « reproduire » le jeu des interprètes, plutôt qu’à l’« enregistrer » au sens habituel du terme.

Si vous désirez en savoir plus, vous pouvez télécharger l’article scientifique complet (en anglais) publié le 26 mars dernier par le professeur Bocko et son équipe.

Et pour que vous puissiez juger par vous-même du résultat de cette technique pour le moins innovante, vous pouvez écouter :
- Un extrait de la performance originelle du clarinettiste enregistrée de façon « classique »
- Un extrait de la reproduction virtuelle par modélisation de cette performance
[(c) des extraits sonores : University of Rochester ; pour des raisons pratiques, les deux extraits sont présentés ici au format WAV]

Renseignements :
University of Rochester
Jonathan Sherwood
Courriel : jonathan.sherwood@rochester.edu
Tél. : [00 1] (0) 585 273 47 26

Ce 8 janvier 2008, à la CES de Las Vegas, Warner Bros a annoncé sa décision d’abandonner son soutien au format HD-DVD au profit du Blu Ray.

Le consortium HD-DVD, qui en était à quelques minutes de sa conférence de presse, a immédiatement annulé celle-ci, ainsi que tous les rendez-vous planifiés avec les journalistes, analystes et consommateurs.

Warner Bros était la seule compagnie « Major » à produire ses films dans les deux formats, mais aujourd’hui Kevin Tsujihara (photo), président du Warner Bros Home Entertainment Group, a déclaré que les consommateurs ont clairement fait le choix des disques Blu-ray.

Mais ce « déménagement » de Warner risque d’avoir un impact encore bien plus catastrophique pour le groupe HD-DVD ; en effet, de par les contrats qui les lient au format, Paramount et Dreamworks vont probablement suivre - leur contrat précisait que si Warner abandonnait le format, leurs propres engagements devenaient caduques. Universal resterait alors le seul géant à soutenir le format HD-DVD.

Pour l’analyste Michael Greeson, la vie du format HD-DVD se compte désormais en jours ou en semaines tout au plus… un « Chapter 11 » se pointe à l’horizon, sauf si le format se repositionne comme produit PC.

De nombreuses associations de consommateurs trouvent regrettable que Warner ait attendu le début de l’année pour faire cette annonce, c’est-à-dire après que de nombreux clients aient acheté des lecteurs et des disques comme cadeaux de fin d’année…

Par ailleurs, reste aussi à voir comment les éditeurs gèreront les nouveaux formats audio haute définition qui, pour le BD (Blu-ray Disc), ne sont hélas pour la plupart encore qu'optionnels...

Willy Aubert.