Résumé :
Pendant longtemps, qu'il s'agisse d'un téléviseur, d'un moniteur ou d'un smartphone, les images et les sons proviennent souvent de lieux différents. Les téléspectateurs voient les personnages parler sur l'écran, mais le son provient généralement de haut-parleurs situés sous l'écran ou d'un équipement audio externe. Aujourd'hui, une équipe de recherche coréenne a développé une nouvelle technologie d'affichage pour tenter de résoudre complètement ce problème, permettant au son d'être émis directement depuis la position du son dans l'image, apportant ainsi une expérience audiovisuelle plus immersive.
Des chercheurs de l'Institut coréen de mécanique et de matériaux (KIMM) ont récemment annoncé une « technologie d'affichage de fusion audiovisuelle » basée sur une structure de grille modulaire. Cette technologie installe plusieurs actionneurs de vibration à l'arrière du panneau d'affichage, permettant à l'écran lui-même de devenir un grand haut-parleur et capable de contrôler avec précision le son émis depuis des zones spécifiques de l'écran.
Cela signifie que lorsque quelqu'un parle dans le coin supérieur gauche de l'écran, sa voix sera également transmise de manière synchrone depuis la zone correspondante, comme si elle provenait directement de la position de la bouche du personnage. À mesure que le contenu de l’image change, la zone d’émission sonore peut également se déplacer en temps réel. Par exemple, lorsqu'une sphère vole rapidement d'un côté à l'autre de l'écran, le son se déplace également le long de la même trajectoire, renforçant ainsi la sensation d'espace et de réalisme.
Les chercheurs soulignent que les humains associent naturellement les sources sonores aux cibles visuelles du monde réel. Les gens peuvent déterminer l’emplacement des objets tombés et savoir qui parle les yeux fermés, car le son lui-même est directionnel. Cependant, les informations visuelles et les sources sonores des dispositifs d'affichage existants sont généralement séparées les unes des autres, et cette incohérence affecte toujours l'expérience immersive.
Bien que les systèmes de son stéréo et surround aient réussi à créer une impression d'orientation grâce à plusieurs haut-parleurs, le son provient toujours principalement des appareils disposés autour de l'écran, et il est difficile de correspondre complètement à la position spécifique de l'image sur de grands moniteurs. Il existe déjà des solutions permettant au panneau d'affichage d'émettre du son directement, mais le point de sortie sonore est généralement fixe et est facilement limité par la taille de l'écran et la plage de fréquences.
La nouvelle solution de l'équipe KIMM permet un contrôle dynamique de la position d'émission sonore et une conception évolutive. Le prototype créé par les chercheurs mesure environ 100 pouces et se compose d’un film LED transparent et d’un panneau en aluminium, avec 80 moteurs à bobine mobile (VCM) installés derrière. Ces moteurs se déplaceront d'avant en arrière après avoir reçu des signaux électriques, provoquant la vibration du panneau et poussant l'air pour former des ondes sonores. Le principe est similaire à celui d’un diaphragme de haut-parleur traditionnel.
Cependant, faire sonner une zone spécifique de l’écran n’est pas facile. Étant donné que les vibrations se propagent dans tout le panneau, ajoutant ou annulant d'autres vibrations, il est difficile de contrôler exactement d'où vient le son. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a d'abord analysé les caractéristiques de réponse de chaque zone du panneau aux vibrations, puis a utilisé un algorithme mathématique appelé « méthode pseudo-inverse de Moore-Penrose » pour calculer la tension d'entraînement requise pour chaque moteur, focalisant ainsi avec précision l'énergie de vibration sur la zone cible.
Cette méthode ne démarre pas simplement le moteur le plus proche, mais utilise plusieurs moteurs pour travailler ensemble pour former un champ de vibration local sur l'écran. Lorsque la source sonore de la vidéo bouge, le champ de vibration se déplace également de manière synchrone pour obtenir un effet de suivi dynamique.
La localisation sonore en temps réel est également confrontée à un autre défi. Les ondes de vibration dans le panneau s'influenceront mutuellement et l'efficacité de la transmission des différents moteurs vers différentes zones est également différente. Lorsque le système recalcule constamment la position d'une cible en mouvement, le processus de contrôle peut devenir instable.
À cet égard, l'équipe de recherche a développé un ensemble d'algorithmes d'excitation sélective pour exclure du calcul les moteurs à faible efficacité de transmission des vibrations, et a également conçu une technologie capable de connecter en douceur des signaux acoustiques continus pour réduire le bruit et les interruptions pendant le mouvement sonore.
Afin d'améliorer encore le niveau d'automatisation, les chercheurs ont également introduit une technologie de séparation et de localisation des sources sonores basée sur l'intelligence artificielle. L'IA peut identifier automatiquement la cible sonore sur l'écran vidéo, extraire le son correspondant du signal audio complexe, puis le projeter avec précision à la position correspondante sur l'écran sans intervention manuelle.
Les résultats des tests montrent que le système prototype a une précision de 99,9 % dans la sélection de la zone sonore cible. La différence d'amplitude de vibration entre la zone active et la zone inactive atteint jusqu'à 35 décibels, prouvant que le système peut fortement concentrer les vibrations dans des zones désignées et supprimer efficacement les vibrations dans d'autres zones. Des tests utilisant une caméra acoustique ont également confirmé que la position de sortie du son peut suivre en permanence une cible en mouvement sur l'écran.
Des résultats de recherche pertinents ont été publiés dans le Journal of Mechanical Science and Technology. Actuellement, cette technologie a démontré de bonnes capacités de positionnement des champs vibratoires dans les gammes de basses et moyennes fréquences inférieures à 500 Hz.
Afin de s'adapter aux appareils d'affichage de différentes tailles, l'équipe de recherche a adopté une conception de grille modulaire. Plusieurs modules d'affichage peuvent être librement combinés ou divisés selon les besoins. En théorie, ils peuvent donc être utilisés pour les téléviseurs domestiques et peuvent également être étendus à des scénarios d'affichage commerciaux tels que de grands murs d'affichage LED et l'affichage numérique. Les chercheurs ont également déclaré que lorsque plusieurs modules fonctionnent simultanément, le système peut produire un effet basse fréquence similaire à celui d'un grand woofer.
L'équipe de recherche estime que l'unification du son et des images sur la même surface peut améliorer considérablement l'expérience immersive du public. Outre le domaine de la télévision, cette technologie devrait également être utilisée à l'avenir dans des scénarios tels que les arts médiatiques, les performances scéniques, les expositions et les systèmes d'affichage montés sur véhicule.
Dr. Jin Dongjun, responsable du projet de recherche, a déclaré que l'équipe prévoyait d'étendre davantage cette technologie aux systèmes d'affichage modulaires à épissure de LED et de promouvoir son développement vers une nouvelle génération de technologie de base adaptée à une large gamme de dispositifs d'affichage.
Cependant, les chercheurs ont également admis que même si le système peut simuler certains des effets d'une grande unité de basse, il est toujours difficile de remplacer complètement un système audio professionnel indépendant en termes de qualité sonore globale, de performances de pression acoustique et de capacités de couverture pleine bande. Malgré cela, cette technologie résout avec succès le problème de longue date du désalignement spatial des « images à un endroit et du son à un autre », rendant tout ce qui apparaît à l'écran plus réel et plus naturel.
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