Table Of ContentRoom Modal Equalisation with Electroacoustic Absorbers
THÈSE NO 7166 (2016)
PRÉSENTÉE LE 18 NOVEMBRE 2016
À LA FACULTÉ DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE L'INGÉNIEUR
LABORATOIRE DE TRAITEMENT DES SIGNAUX 2
PROGRAMME DOCTORAL EN GÉNIE ÉLECTRIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE
POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES
PAR
Etienne Thierry Jean-Luc RIVET
acceptée sur proposition du jury:
Dr J.-M. Vesin, président du jury
Prof. P. Vandergheynst, Dr H. Lissek, directeurs de thèse
Prof. M.-A. Galland, rapporteuse
Dr B. Fazenda, rapporteur
Dr Ph. Müllhaupt, rapporteur
Suisse
2016
ToCamilaandAlice...
Acknowledgements
Thisthesiswouldnothavebeenpossiblewithoutthehelp,supervision,guidance,friendship
ofmanygreatpeople.
Firstofall,Iwouldliketodeeplythankmymainthesissupervisor,DrHervéLissek,forgiving
methepossibilityofworkingonthebestthesistopicforever!ThankyouHervéforyourtrust
andguidance.Despitethegoodtimesbadtimestheselastyears,yousucceededinkeeping
theacousticgroup"alive"tothedelightofyourcollaborators.Sincethen,nobodycallsyou
Lissek...Ihopethattheresultsofthisthesiswillpushyoutocontinueworkingonthisexciting
topic.AlsoIwouldliketothankmytwosuccessivethesisco-directors:Prof.JuanMosigand
Prof.PierreVandergheynst.ThankyouJuanforacceptingmeattheLEMAlab,whiletrusting
Hervé.Iwishyouahappyretirement.ThankyouPierreforwelcomingtheacousticgroupat
theLTS2labsince2015.
Isincerelythankthemembersofmyjury,Prof.Marie-AnnickGalland,DrBrunoFazenda,and
DrPhilippeMüllhaupt,whoreadmymanuscriptandleadedafruitfuldiscussionduringmy
thesisdefense.Thankyouforyourinsightfulquestionsandcomments.Aspecialthanksgoes
toDrJean-MarcVesinforourmanydiscussions,moreaboutrugbythanscience.
AlsoIamverythankfultotheINTERACTSprojectmembers:DrVéroniqueAdam,TorjeNikolai
Thorsen,QuentinBerthet,OlivierSchmitt,AlainRoux,ChristianMartin,RogerRoschnik,Prof.
AntoinePittet,andDavidStrobino.Iamverydelightedtohaveworkedonthisprojectwithyou
andIhavelearntalotduringourcollaboration.Withrespecttomywork,Iwanttothankthe
SwissFederalCommissionforTechnologyandEducation,whichhassupportedthefinancial
andthematicframeworkofthisthesis.
MywarmestthanksgototheformerandcurrentmembersoftheLEMA,LTS2,ASPG,LTS4,
LTS5,andMMSPGlabs,forthedailylifeinsideandoutsidetheEPFL.Aspecialthanksgoesto
myformerandcurrentcolleaguesoftheacousticgroup:XavierFalourd,PatrickMarmaroli,
CédricMonchâtre,LukasRohr,GillesCourtois,BaptisteCrettaz,HusseinEsfahlani,PatrickRoe,
andRomainBoulandetwithwhomIhaveworkedonthistopicevenbeforestartingmyPhD
thesis.Lastbutnotleast,Iamverythankfultomyofficemate,SamiKarkar.Yoursuggestions
andideashavesignificantlycontributedtotheresultsofthisthesis. Alsothankyouforthe
goodtimesandyoursenseofhumour. Iwishyouallthebestforyourcareeradvancement.
ThankstothestudentsFabian,Clément,Johannes,Mathilde,Yann,Aymeric,Julien,William,
andRomain,Ihadthepleasuretosupervisethemduringtheseyears. Undoubtedly,many
i
Acknowledgements
thanksgotomyfriendsoutsidetheEPFLaswell.
Finally, I would like to thank my family, and especially my parents (and parents-in-law),
whohavealwaysgivenmesupportandencouragement,whateverthedecisionsItook. Of
course, this exciting and unusual experience would not have been the same without the
unquantifiablecontributionandsupportofmywife,Camila.MuitoobrigadoCami,peloseu
amor,suacompreensão,esuapaciência. Nãoexistempalavrasparaexpressarcomovocê
éespecialparamim.MuitoobrigadoporestesanosmaRRavilhososeaquelesquevirão.Et
mercidufondducoeuràmapetitemerveille,Alice,pourtonsourirerayonnantettesfous
rires,ettouscespetitsbonheursquotidienspartagésavectoietsuaMãe.
ii
Abstract
Thesoundqualityinaroomisoffundamentalimportanceforbothrecordingandreproducing
processes.Becauseoftheroommodes,thedistributionsinspaceandfrequencyofthesound
fieldarelargelyaltered.Excessiveriseanddecaytimescausedbytheresonancesmighteven
masksomedetailsathigherfrequencies,andtheseirregularitiesmaybeheardasacoloration
ofthe sound. To address this problem, passive absorbersare bulky and too inefficientto
significantlyimprovethelisteningconditions. Ontheotherhand, theactiveequalisation
methodsmaybecomplicatedandcostly,andthesoundfieldmightnotbewellcontrolled,
becauseoftheaddedsoundenergyintheroom.Anotherapproachistheactiveabsorption,
whichconsistsinvaryingtheimpedanceofapartoftheenclosureboundaries,soastobalance
thesoundfieldthankstotheabsorbedsoundpowerintotheactiveboundaryelements.
Thethesisdealswiththedesignandoptimisationofelectroacousticabsorbersintendedto
specificallyreducetheeffectoftheunwantedroommodes.Theseactiveabsorbersareclosed
boxelectrodynamicloudspeakersystems,whoseacousticimpedanceatthediaphragmsis
judiciouslyadjustedwithpassiveoractivecomponentstomaximisetheirabsorptionper-
formanceinthedomaininwhichitislocated. Severalconfigurationsmergingsensor-and
shunt-basedmethodsareproposedresultinginanefficientandbroadbandsoundabsorption
atlowfrequencies. Amultipledegree-of-freedomtargetimpedancethatisassignedatthe
transducerdiaphragmsisthenoptimisedtolowerthemodaldecaytimesatbest.Theperfor-
manceoftheelectroacousticabsorbersforthemodalequalisationisinvestigatedinactual
listeningrooms,andtheiraudibleeffectissubjectivelyevaluated.Theoverallcombination
of concepts and developments proposed in this thesis paves the way towards new active
absorbersthatmayimprovethelisteningexperienceatlowfrequenciesinrooms.
Keywords: activeabsorption,acousticimpedancecontrol,resonancedamping,electrody-
namicloudspeaker,multipledegree-of-freedomresonators,shuntloudspeaker,sensorless
control.
iii
Résumé
Laqualitésonoredansunesalleestd’uneimportancefondamentalelorsdesenregistrements
etreproductionsaudio.Àcausedesmodesdesalle,lesrépartitionsspatialeetfréquentielledu
champsonoresontlargementmodifiées.Lestempsdemontéeetdedécroissanceexcessifs
causésparcesrésonancespeuventmêmemasquercertainsdétailsàdesfréquencespluséle-
vées,etcesirrégularitéspeuventêtreentenduescommeunecolorationduson.Pourrésoudre
ce problème, les absorbeurs passifs sont encombrants et trop inefficaces pour améliorer
considérablementlesconditionsd’écoute.D’autrepart,lesméthodesd’égalisationactive
peuventêtrecompliquéesetcoûteuses,etlechampacoustiquepeutnepasêtresuffisament
biencontrôlé,enraisondel’ajoutd’énergieacoustiquedanslasalle.Uneautreapprocheest
l’absorptionactive,quiconsisteàfairevarierl’impédanced’unepartiedesparoisdelasalle,
demanièreàégaliserlechampsonoregrâceàlapuissanceacoustiqueabsorbéedansces
élémentsactifs.
Lathèsetraitedelaconceptionetdel’optimisationd’absorbeursélectroacoustiquesdesti-
nésàréduirespécifiquementl’effetdesmodesdesallenondésirés.Cesabsorbeursactifs
sontdeshaut-parleursélectrodynamiquesenenceinteclose,dontl’impédanceacoustique
auniveaudesmembranesestajustéejudicieusementavecdesélémentspassifsouactifs,
afindemaximiserlesperformancesd’absorptiondansledomainedanslequelilsetrouve.
Plusieursconfigurationscombinantdesméthodesdeshuntoucomprenantdescapteurssont
proposées,ayantpourconséquenceuneabsorptionacoustiqueefficaceetlargebandeaux
bassesfréquences.Uneimpédanceacoustiquecibleàplusieursdegrésdelibertéaffectéeaux
membranesdestransducteursestalorsoptimiséepourréduirelestempsdedécroissance
modaux.Laperformancedesabsorbeursélectroacoustiquespourl’égalisationmodaleest
étudiéedansdessallesd’écouteréelles,etleureffetaudibleestévaluésubjectivement.La
combinaisonglobaledesconceptsetdesdéveloppementsproposésdanscettethèseouvre
lavoieversdenouveauxabsorbeursactifs,quipeuventaméliorerl’expérienced’écouteaux
bassesfréquencesdanslessalles.
Mots clefs : Absorption active, contrôle d’impédance acoustique, amortissement de réso-
nances, haut-parleur électrodynamique, résonateurs à plusieurs degrés de liberté, haut-
parleurshunté,contrôlesanscapteur.
v
Description:Swiss Federal Commission for Technology and Education, which has supported the financial and thematic mance of the electroacoustic absorbers for the modal equalisation is investigated in actual amateur), sound engineers (former or current), or people who were used to this type of exercise.
