Avant de publier un compte rendu sur les démos je voudrais revenir sur le concept.
Parmi les brevets qui protègent l'Atmos, Triad m'a remis la photocopie de deux d'entre eux qui concernent directement les enceintes.
Les textes cités et les illustrations sont issus des brevets déposés par Dolby.
Première remarque pour en finir avec la notion de canaux et d'objets. Le brevet donne des définitions qui confirment ce que j'ai toujours soutenu dans ce forum:
The term "channel" means an audio signal in which the position is coded as a channel identifier, e.g., left-front ou right-top-surround.
"Channel based audio" is audio formatted for playback through a pre-defined set of speaker zones with associated nominal locations, e.g., 5.1, 7.1, and so on.
"Object based audio" refers to the use of one or more audio channels with a parametric source description, such as apparent source position (e.g., 3D coordinates).
"Adaptative audio" means channel-based and/or object based audio signals plus metadata in which the position is coded as 3D position in space.
A example implementation of an adaptative audio system and associated audio format is the Dolby Atmos platform. Such a system incorprates a height (up/down) dimension
that may be implemented as a 9.1 surround system or similar configuration.
A 9.1 surround system may comprise composed five speakers zones in the floor plane and four speakers zones in the height plane.
It should be noted that any number of upward firing drivers could be used in combination to create multiple simulated height speakers.
On retiendra que le nombre de canaux et le nombre de sorties appartiennent à deux notions différentes. Le nombre d'enceintes n'est pas limité au nombre de canaux.
Voici un synoptique daté 2013 qui décrit la structure du processeur
Nouveauté: je pensais que le nombre de canaux était limité à 10 (9.1) comme pour le système professionnel. Il l'est effectivement en entrée, mais pour obtenir 7.1.4, le système peut "fabriquer" 2 canaux supplémentaires en dérivant l'information des 2 canaux du plafond pour en faire 4 (delay + EQ). On peut donc parler de système 11.1 (dont 2 canaux dérivés). En bas du schéma, un exemple est cité avec 9.1 canaux d'entrée, 11.1 canaux de sortie et 26.3 sorties vers autant d'enceintes. Le ".3" faisant l'objet d'un bass-management des canaux surrounds + ciels.
Par ailleurs, pour reproduire à la fois les ambiances et les objets, les enceintes ont une géométrie particulière à laquelle il faut aussi ajouter les canaux verticaux virtuels.
Sur l'illustration, on voit que les enceintes possèdent un HP frontal pour les objets, un HP latéral pour les ambiances et un HP orienté vers le plafond pour le ciel. Cette disposition évite l'emploi d'enceintes dipôles, moins précises pour situer les objets, tout en conservant des ambiances diffuses. Enfin... ça reste un compromis bancale.
Phénomène physique normal, certains sons du HP ciel ne suivent pas le trajet direct vers la surface de réflexion. Ils vont directement vers l'auditeur ce qui perturbe le positionnement spatial. Pour compenser cet inconvénient le système est doté d'un filtre qui élimine certaines fréquences et en favorise d'autres de manière à tromper notre système sensoriel de localisation.
Les fonctions de transfert sont similaires à celles utilisées en ambisonie (HRTF). La courbe type présente une bosse de 2,5dB à 7kHz et une atténuation de -4dB à 12kHz. Pour une performance accrue, la courbe doit être adaptée en fonction de la position de l'enceinte et des dimensions de la pièce.
Exemple de courbe d'accentuation du filtre d'un canal vertical virtuel:
Le filtre peut être intégré dans l'enceinte ou bien dans le processeur (FIR ou IIR de 4e ordre). Le schéma ci-dessous montre un exemple de filtre de hauteur virtuelle passif pour un HP de 6 ohms.
Le processus de filtrage s'établit en deux parties:
Si on considère P1 comme étant la réponse en fréquence fonction de l'emplacement physique de l'enceinte et P2 la réponse renvoyée par la réflexion, on peut écrire que P= a x (P2-P1) où "a" est un facteur d'échelle compris entre 0 et 1, destiné à contrôler l'équilibre entre le son direct et le son réfléchi.
Le filtrage est maximal quand a=1 et nul quand a=0. Sa valeur varie en fonction de l'inclinaison du haut-parleur et de l'absorption du plafond.
Les valeurs respectives idéales de P1 et P2 dépendent de l'azimut de l'enceinte et de la hauteur du plafond en regard de la hauteur de l'oreille.
Dolby déconseille une valeur du coefficient "a" trop élevée, car le timbre serait dégradé. En revanche quand "a" est faible, une partie du signal est transmise directement depuis l'enceinte vers le spectateur sans passer par le plafond.
Attention à bien tenir compte de ce filtre quand on égalise la pièce et faire attention à ne pas le neutraliser par compensation. Ceci peut s'avérer délicat quand le facteur "a" n'est pas nul.
La détection de la présence du filtre peut être automatique si le préampli est équipé. On peut aussi inclure la courbe du filtre dans le gabarit de réglage.
The angle of tilt may be set depending on environment characteristics and system requirements. The upward-firing driver may be tilted up between 20 and 60 degrees.
It may be installed at a fixed angle ou may be adjusted such as the angle of tilt may be adjusted manually. Alternatively, a servo mechanism
may be used to allow automatic control of the tilt angle and projection of the driver. Tor certain sounds such as ambient sound, the upward firing driver may be pointed
out straight up to the reflective surface.
L'angle d'inclinaison peut être réglé en fonction des caractéristiques de l'environnement et les exigences du système. L'inclinaison du HP varie entre 20 et 60 degrés.
The up-firing driver is typically smaller and possibly different composition than the front firing surround speaker. The smaller driver will not be able to effectively reproduce lower frequencies and may actually distort at loud levels. Therefore, filtering and redirecting lower frequencies to the front firing surround speaker will allow the smaller speaker to be used for virtual height and result in greater fidelity. Additionnally, research has shown there is little virtual height effect for audio signals below 400Hz, so sending only high frequencies to the virtual height speaker represents an optimum use for that driver.
Comme ses dimensions le laissent supposer, les caractéristiques du HP de ciel sont très différentes de ceux autres canaux alors qu'un objet doit pouvoir se déplacer librement dans tout l'hémisphère supérieur sans altération de niveau ni de couleur. Ce petit HP ne peut pas supporter les 99dB normalement requis au point d'écoute (après réflexion), ni traduire le bas du spectre car, en supposant qu'il ait une bande assez large, l'enceinte devient omnidirectionnelle aux basses fréquences.
Donc, Dolby préconise de couper la bande en deux parties. Les basses du ciel sont dirigées vers l'enceinte frontale ou surround, tandis que les aigus vont vers le HP de ciel virtuel via le filtre de pré accentuation.
Schéma d'une enceinte surround surmontée d'un HP de ciel virtuel.
La transition entre les deux enceintes se situe à une fréquence relativement élevée, entre 200 et 400Hz ou davantage.
Ici, la réponse complète avec une transition à 200Hz. La partie basse n'est plus dirigée vers le ciel.
J'ai transcrit l'essentiel. L'ensemble des 2 brevets rassemble 120 pages et 33 illustrations.