Brevet FR2533100A1 — publié le 19840316

Procédé et dispositif d'atténuation de bruits parasites La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'atténuation de bruits parasites large bande et plus particulièrement un dispositif destiné à améliorer le rapport signal/bruit obtenu à partir d'un capteur de signal utile perturbé par des bruits parasites. L'atténuation de bruits parasitant des signaux utiles s'effectue classiquement à l'aide de filtres transversaux autoadaptatifs qui sont efficaces lorsque la source de bruit est unique et que le bruit est porté par une onde plane Les composantes du bruit sont estimées à l'aide d'un filtre transversal et elles sont soustraites du signal fourni par le capteur perturbé Le signal utile corrigé par soustraction est conti- nuellement mis en oeuvre dans le filtre pour ajuster les divers coeffi- cients de filtrage pour obtenir une atténuation optimale Dans la pratiî que les signaux utiles reçus par un capteur, tel qu'un microphone ou un hydrophone, sont le plus souvent noyés dans des bruits contenant des raies ayant pour origine des sources différentes et les bruits sont captés après avoir parcouru des chemins acoustiques variés et inconnus. Les résultats dans ces conditions sont donc bien inférieurs à ceux obtenus, lorsque les conditions évoquées plus haut sont respectées. Pour remédier à cet inconvénient la présente invention propose un procédé et un dispositif d'atténuation de bruits large bande parasitant un signal acoustique utile. Selon une caractérique du procédé selon l'invention, l'on sous- trait du signal reçu par un premier capteur acoustique dûment positionné pour recevoir le signal utile, un signal obtenu en additionnant une pluralité de signaux de correction respectivement obtenus par combi- naison du signal perturbé reçu par le premier capteur avec autant de signaux de densité énergétique de raie obtenus par filtrage étroit de raies différentes et déphasage à partir du signal reçu par un second capteur placé dans la zone de réception des bruits parasites perturbant le premier capteur et hors de la zone de portée du signal utile, le nombre de signaux de correction étant au moins égal au nombre de raies productrices de bruit gênant. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'atténuation associe à un premier capteur acoustique placé dans la zone 2 - de réception d'un signal utile perturbé et à un second capteur placé dans la zone de réception des bruits parasites hors de la zone de portée du signal utile, un ensemble composé d'un soustracteur relié d'une part en sortie du premier capteur et d'autre part en sortie d'un additionneur pour restituer le signal utile reçu sans perturbation, l'additionneur étant relié par une pluralité d'entrées à autant de sorties d'autant de modules de corrélation eux-mêmes reliés chacun par une entrée en sortie d'un filtre de raie individuel et par une seconde entrée en sortie du premier capteur pour produire chacun un signal de correction par addi- tion du signal issu du premier capteur avec le signal de sortie produit par le filtre de raie auquel il est relié, après déphasage de ce signal de sortie de filtre, chaque filtre de raie étant relié en sortie du second capteur et fournissant un signal de densité énergétique pour une raie différente de celle des autres filtres. Les caractéristiques et avantages de l'invention sont précisés dans la description suivante en relation avec les figures ci-dessous répertoriées. La figure 1 présente le schéma de base d'un dispositif d'atté- nuation selon l'invention. La figure 2 présente le schéma de principe du dispositif d'atté- nuation selon l'invention dans sa forme numérique. La figure 3 présente le schéma d'un module de corrélation pour dispositif selon l'invention. Le dispositif d'atténuation de bruits parasites large bande selon l'invention et essentiellement destiné à améliorer le rapport signal/bruit obtenue pour un signal fourni par un capteur acoustique 1, tel qu'un microphone ou un hydrophone dans le cas o le signal utile capté par ce capteur est noyé dans des bruits parasites. Il est en effet classique de pratiquement ne pas pouvoir éliminer les sources de bruit qui viennent perturber la réception d'un signal acoustique, tel est par exemple le cas lorsque l'on veut faire une écoute hydrophonique à partir d'un navire en marche et en particulier lorsque le signal à recueillir est de même nature que les bruits qui le perturbent. En effet, si l'emploi d'un microphone ou d'un hydrophone directif et/ou à faible rayon de capture peut permettre de privilégier une source 3 3- par rapport à d'autres sources situées hors de la direction privilégiée ou plus éloignées, il est de nombreux cas o les sources de bruits parasites peuvent être plus proches et plus puissantes que la source de signal utile et o les chemins acoustiques suivis par les ondes de bruit peuvent les amener dans la direction privilégiée du capteur. Il est par contre généralement possible de trouver des zones o les bruits parasites sont présents alors que le signal utile n'est plus perçu, de manière à pouvoir y disposer un ou des capteurs 2 destinés à ne recevoir que ces bruits En particulier, la puissance des sources de bruits parasites peut être telle que l'on puisse aisément capter ces bruits seuls ou encore la nature du capteur 2 peut être choisie tel qu'il soit insensible au signal utile contrairement au capteur 1. Par exemple, dans l'élimination des bruits parasites qui pertur- bent une écoute hydrophonique à bord d'un navire et qui sont dus au navire lui-même, telles les ondes sonores créées par les vibrations occasionnées par les machines de bord, il est possible d'utiliser des accéléromètres placés sur les machines ou sur la coque, en tant que capteurs de bruit 2, au lieu d'hydrophones. Bien entendu le nombre de capteurs 1 et 2 destinés tant à la récep- tion du signal utile que des bruits peut varier en fonction des besoins, toutefois dans un but de simplification de l'exposé un seul capteur 1 de signal utile perturbé et un seul capteur 2 de bruits parasites sont représentés et ici pris en compte. Selon l'invention on exploite le signal de bruit b'(t) généré par le capteur de bruits seuls 2 pour corriger le signal s(t) + b(t) généré par le capteur de signal utile perturbé 1, ce signal étant éventuelle- ment amplifié jusqu'à un niveau convenable selon un processus classique - Le signal b'(t) du capteur 2 dûment amplifié est appliqué à une pluralité de filtres à bande étroite 3 a à 3 n, dits de raie, qui sont individuellement centrés sur des fréquences différentes réparties dans le spectre correspondant au signal utile que l'on veut extraire. Ainsi dans un exemple de réalisation o la bande utile est comprise entre 100 et 1000 Hz on utilise seize filtres de raie 3 réglables par pas de 1 Hz. Chaque filtre de raie 3 fournit une valeur de référence b'(f) représentant la densité spectrale énergétique du bruit reçu par le 4- capteur 2 pour la fréquence considérée tel b'(fa) pour le filtre de raie 3 a centré sur la fréquence fa Chaque filtre 3 est relié à une entrée d'un module de corrélation 4 a à 4 N qui lui est propre et qui a une seconde entrée reliée à la sortie du capteur 1 dont il reçoit donc le signal S(t) + b(t). Les modules de corrélation 4 sont par exemple du type décrit dans le brevet français 2215 005 de la Demanderesse Chaque module de corré- lation 4, tel 4 a est alors composé: D'un circuit de normalisation 48 de type usuel assurant la normali- sation en puissance du signal fourni par la sortie du filtre de raie associé 3 d'un déphaseur 40 relié à la sortie du circuit de normalisation 48 auquel il est associé et dont il reçoit un signal b'(fa), qu'il déphasé d'une valeur 1 '/2. de deux-multiplicateurs d'entrée 41, 42 dont l'un 4 a ses entrées respectivement reliés au capteur 1 et à la sortie du filtre 3 a, alors que l'autre a ses entrées respectivement reliées au capteur 1 et à la sortie de déphaseur 40, de deux intégrateurs 413 et 44 respectivement insérés en sortie des multiplicateurs d'entrée 41 et 42, de deux multiplicateurs de sortie 45 et 46, dont l'un 45 a ses entrées respectivement reliées en sortie de l'intégrateur 43 et du filtre 3 a alors que l'autre 46 a ses entrées respectivement reliées en sortie du capteur 1 et en sortie du déphaseur 40, un additionneur 47 relié par ses entrées aux sorties du multiplica- teurs de sortie 45 et 46 de manière à fournir un signal de sortie b(fa) qui correspond à la correction à apporter au signal S(t) + b(t) pour éliminer la composante du bruit pour la fréquence fa sur laquelle est entrée le filtre de raie 3 a considéré. L'emsemble 8 constituant le dispositif d'atténuation selon l'in vention qui comprend donc les filtres 3, les modules de corrélation 4 comporte de plus un additionneur 5 aux entrées duquel sont reliées les modules de corrélation 4 de manière à additionner les signaux de correc- tion b(fa), b(fb), b(fn) obtenus de ces modules pour reconstituer synthétiquement les bruits parasites perturbant le signal utile. -5- Un circuit soustracteur 6 alimenté d'une part par le capteur 1 d'autre part par l'additionneur 5 permet de produire un signal utile déparasité par soustraction des signaux de correction du signal S(t) + b(t) fourni par le capteur 1. Bien entendu dans la pratique le nombre de filtres de raie 3 est nécessairement limité tant que l'on n'utilise pas une conversion des signaux sous forme numérique et ce sont les possibilités de réglage des filtres qui permettent de sélectionner les raies destinées à faire l'objet de correction, puisque dans le cas le plus général ou les bruits parasites ne sont pas du type bruit blanc, seule l'énergie de certaines raies est à prendre en compte, les autres étant soient négligeables -soient inexistantes. Un dispositif d'atténuation appliquant le procédé selon l'inven- tion peut avantageusement être mis en oeuvre après conversion des signaux produits par les capteurs d'une forme analogique en une forme numérique, en profitant des avantages apportés par les transformations de Fourier et plus particulièrement les transformations de Fourier rapi- des (FFT). En effet, il est alors possible d'obtenir l'équivalent d'un nombre élevé de filtres de raie répartie dans la bande utile, par exemple l'équivalent de mille filtres de raie à l'aide d'une transformée de mille points, ce qui dans l'exemple numérique proposé plus haut permet de corriger l'ensemble des fréquences entières de la bande utile. Ainsi que le montre la figure 2 chaque capteur 1 ou 2 est relié à un convertisseur analogique/numérique 7 approprié et chaque convertis- seur fournit les résultats de ses conversions à un ensemble 8 ' constitué par un calculateur apte à calculer une double transformée de Fourier (FFT 1, FFT 2) à partir des signaux reçus de chacun des conver tisseurs pour en déduire un signal faisant la somme ú des corrections corrélées effectuées pour chaque raie ou point de transformée. La transformée inverse FFT du résultat de la soustraction, transformée FFT 1 moins somme i, permet alors de reconstituer le signal utile sous forme numérique et en cas de besoin le rétablir sous forme analogique via un convertisseur numérique/analogique. Bien entendu les possibilités de traitement offertes par l'emploi de transformées de Fourier rapide permettent également de combiner plus aisément divers capteurs 1 ou 2 si le besoin s'en fait sentir. 6 - REVENDICATIONS 1/ Procédé d'atténuation des bruits large bande parasitant un signal acoustique utile, caractérisé en ce que l'on soustrait du signal reçu par un premier capteur acoustique dûment positionné pour recevoir le signal utile, un signal obtenu en additionnant une pluralité de signaux de correction respectivement obtenus par combinaison du signal perturbé reçu par le premier capteur avec autant de signaux de densité énergétique de raie obtenus par filtrage étroit de raies différentes et déphasage, à * partir du signal reçu par un second capteur placé dans la zone de récep- tion des bruits parasites perturbant le premier capteur et hors de la zone de portée du signal utile, le nombre de signaux de correction étant au moins égal au nombre de raies productrices de bruit gênant. 2/ Dispositif d'atténuation de bruits parasites large bande, caractérisé en ce qu'il associe à un premier capteur acoustique ( 1) placé dans la zone de réception d'un signal utile perturbé et à un second capteur ( 2) placé dans la zone de réception des bruits parasites hors de la zone de portée du signal utile, un ensemble composé d'un soustracteur ( 6) relié d'une part en sortie du premier capteur et d'autre part en sortie d'un additionneur ( 5) pour restituer le signal utile reçu sans perturbation, l'additionneur étant relié par une pluralité d'entrées à autant de sor- ties d'autant de modules de corrélation ( 4) eux-mêmes reliés chacun par une entrée en sortie d'un filtre de raie individuel ( 3) et par une seconde entrée en sortie du premier capteur pour produire chacun un signal de correction par addition du signal issu du premier capteur avec le signal de sortie produit par le filtre de raie auquel il est relié, après déphasage de ce signal de sortie de filtre, dans le module de corrélation correspondant chaque filtre de raie étant relié en sortie du second capteur et fournissant un signal de densité énergétique pour une raie différente de celle des autres filtres. 3/ Dispositif d'atténuation de bruits parasites large bande selon la revendication 2, caractérisé en ce que les capteurs ( 1, 2) sont associés chacun à un convertisseur analogique-numérique individuel ( 7), alimen- tant un ensemble calculateur ( 8 ') apte à calculer une double trans- formée de Fourier rapide l'une (FFT 1) pour le signal issu du premier capteur et l'autre (FFT 2) pour le signal issu du second capteur pour en 7- déduire un signal faisant la somme ( j) des corrections corrélées effectuées pour un nombre de points correspondant au nombre de raies du spectre o une atténuation est à réaliser, le signal numérique étant obtenu par transformée de Fourier rapide inverse (FFT-1) du résultat de la soustraction de la somme ( 6) du résultat de la transformée (FE Tl) obtenue à partir du signal émanant du premier capteur ( 1) recevant le signal utile perturbé.