Brevet FR2559325A1 — publié le 19850809

APPAREILLAGE PERMETTANT DE CAPTER ET DE TRANSMETTRE AU LOIN LA PAROLE D'UNE PERSONNE PLACEE DANS UN MILIEU PERTURBE AFIN D'EFFECTUER UN TRAITEMENT DE CETTE PAROLE. La présente invention concerne un appareillage perfectionné permettant de capter et de transmettre les paroles d'une personne placée dans un milieu perturbé afin d'effectuer un traitement de cette parole1 telle que par exemple une amplification, un filtrage, un découpage, un échantillonnage.. Elle a trait plus particulièrement à un appareillage perfectionné permettant de capter les paroles d'un conducteur de véhicule en vue de les transmettre, par exemple, à un système de reconnaissance automatique de la parole afin de commander, automatiquement, certaines fonctions du véhicule. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite pour cette application particuliere, mais il est évident que cela n'est pas limitatif et qu'elle pourrait être utilisée pour d'autres applications pour lesquelles l'élimination des bruits paràsites provenant du milieu dans lequel se trouve la personne est impérative. Depuis longtemps, on a cherché à commander automatiquement, directement par la parole, certaines fonctions d'un véhicule, par exemple d'une automobile afin de soulager le conducteur. Ainsi, la demande de brevet français n" 82/16 066 déposée le 23 Septembre 1982 par le Demandeur permet de résoudre ce problème. L'installation décrite dans ce document comporte, d'une part, un ensemble permettant d'effectuer la prise du son, dispositif qui sera désigné par l'expression "capteur" dans la suite de la description et, d'autre part, un ensemble permettant de reconnaître un vocabulaire déterminé, correspondant à certaines fonctions que l'on souhaite faire réaliser automatiquement. La présente invention concerne plus particulièrement un perfectionnement apporté au capteur proprement dit. A ce jour, lorsque l'on désire capter la parole d'une personne placée dans un milieu perturbé, par exemple celle d'un conducteur d'un véhicule, on utilise en général un microphone positionné à proximité immédiate de la bouche et ce, afin de s'affranchir au mieux des bruits du milieu. En effet, si l'on considère le cas de la prise de son dans un habitacle, de très nombreux problèmes se posent étant donné qu'il s'agit d'un milieu acoustique complexe et que les sources sonores peuvent être d'origine diverses. I1 s'agit d'un milieu acoustique complexe étant donné que l'habitacle est constitué d'une cavité qui peut être composée de parois absorbantes par endroit, réfléchissantes par d'autres, que les voies de transfert sont également complexes (transfert acoustique direct, transfert vibratoire). De plus, les sources sonores sont multiples de par leur nature et de par leur emplacement et peuvent être - d'origine mécanique par exemple du moteur et de la boite de vitesses, - dues à l'avance du véhicule par écoulement d'air et bruit de roulement, - situées dans l'habitacle lui-même : auto-radio, voix des passagers, etc.. La seule solution qui, à ce jour, donne de bons résultats d'un point de vue pratique en ce qui concerne la prise du son est l'utilisation d'un capteur constitué par un microphone situé à proximité immédiate de la bouche du conducteur. I1 est évident qu'une telle solution ne peut pas être envisagée de manière industrielle étant beaucoup trop astreignante pour l'utilisateur, notamment d'un point de vue ergonomique. Pour résoudre ce problème, parmi les capteurs connus à ce jour, il aurait pû être envisagé d'utiliser d'autres solutions qu'un microphone de proximité immédiate. Ainsi, il aurait pû être envisagé d'utiliser, par exemple, des microphones à directivité cardioïde qui favorisent donc une région de l'espace. Des essais effectués avec un tel type de capteur placé à quelques dizaines de centimètres de la bouche de l'utilisateur, ont cependant montré que l'on n'obtenait pas de bons résultats. I1 aurait pû également être envisagé d'utiliser des microphones type "canon" fonctionnant sur un principe interférentiel, possédant une directivité très accentuée en champ libre. Cependant, de tels capteurs sont encombrants et, par ailleurs, ils n'ont aucune efficacité dans les basses fréquences. Par ailleurs, un certain nombre de capteurs étendus et des traitements appropriés ont été développés pour l'étude de certaines formes d'ondes acoustiques. Parmi les appareillages proposés à ce jour, on peut citer - un capteur circulaire additif, avec élaboration de la pression acoustique et de la vitesse particulaire, permettant de mieux isoler dans le bruit d'une presse (par exemple} la part imputable à la zone d'impact - un appareillage perfectionné, faisant plus particulièrement l'objet de la demande de brevet français 79/02 813 (correspondant au brevet européen 0015 852 et à 1'US-A 4 281 551)décomposant les ondes acoustiques en paquets d'ondes planes locales et permettant la mesure de la puissance acoustique totale ou directive d'une source quelconque. Or, il a été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, qu'il était possible de remplacer le microphone de proximité immédiate utilisé à ce jour pour capter et transmettre la parole d'une personne placée en milieu perturbé, conducteur d'un véhicule par exemple, par un "capteur" mettant en oeuvre les enseignements des appareillages cités ci-dessus, à condi tion toutefois d'y apporter des adaptations particulières, qui seules permettent de résoudre le problème posé, à savoir de leur donner une forme appropriée et de les disposer dans une zone bien précise par rapport à la personne dont on désire capter la parole (car la source vocale est elle-même située dans une zone bien précise) ainsi que d'adapter la grandeur de sortie. D'une manière générale, l'invention concerne donc un appareillage permettant de capter les paroles d'une personne placée dans un milieu perturbé, par exemple celle d'un conducteur d'un véhicule, afin d'effectuer un traitement de cette parole pour la transmettre, par exemple, à un système de reconnaissance automatique permettant de commander, automatiquement, certaines fonctions du véhicule, ledit appareillage se caractérisant par le fait qu'il comprend en combinaison - une antenne proprement dite fixe par rapport à la personne dont on souhaite capter les paroles et qui focalise sur la bouche de celle-ci tout en effectuant une rejection vis-à-vis des ondes externes, - une électronique de conditionnement permettant de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression acoustique (P) ou la combinaison linéaire de la pression et de la vitesse particulaire (P +P CV) représentative des ondes acoustiques émanant essentiellement de la bouche du locuteur, P étant la masse volumique de l'air et C la vitesse de propagation des ondes. Lorsque l'appareillage conforme à l'invention est utilisé pour capter la parole d'une personne à l'intérieur d'un véhicule, conducteur par exemple, afin de transmettre les informations qui en résultent à un système de reconnaissance automatique de la parole, l'antenne proprement dite est fixée à demeure dans le véhicule et est centrée au-dessus de la tête et focalise sur la bouche du conducteur qui reste dans une zone tridi mensionnelle assez petite. Pour une telle application, l'antenne est disposée, au voisinage du plafond par exemple, et est avantageusement de forme circulaire ou demi-circulaire. Lorsque l'antenne est de forme demi-circulaire, elle est déployée face au conducteur, au-dessus de ce dernier, et son diamètre est légèrement décalé par rapport à l'axe du véhicule. Selon un premier mode de réalisation, l'antenne proprement dite est du type additif et est constituée par une série de microphones régulièrement espacés les uns des autres. Dans la suite de la description, ce type d'antenne sera désigné par l'expression "antenne simple couche". Dans ce mode de réalisation, l'antenne est associée à une électronqiue de conditionnement permettant de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression acoustique (P). Selon une variante préférentielle conforme à l'invention, l'antenne proprement dite est constituée de deux antennes additives élémentaires parallèles, espacées l'une de l'autre radialement de la bouche, réalisées de la même façon que dans le cas des antennes simple couche. Dans ce cas, l'axe commun passant par chaque paire de micros est orienté de manière à être dirigé vers la bouche de la personne dont on désire capter la parole. Ce type d'antenne sera désigné par l'expression "antenne double couche". Ce mode de réalisation, en-dehors de sa forme particulière et de son positionnement précis pour résoudre le problème posé, est à rapprocher du type d'antenne faisant l'objet de la demande de brevet français n" 79/02 813 et l'électronique de conditionnement aura une structure et un fonctionnement similaires à celui décrit dans le brevet précité, cette électronique de conditionnement permettant, dans le cas présent, de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression + vitesse (P + CV), qui privilégie l'onde émanant de la bouche du locuteur. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce aux exemples de réalisation donnés ci-après à titre indicatif et non limitatif et qui sont illustrés par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique de dessus représentant un véhicule équipé d'un appareillage conforme à l'invention et qui montre plus particulièrement le positionnement de l'antenne à l'intérieur de l'habitacle par rapport à la tête du conducteur; - la figure 2 est une vue schématique montrant plus clairement la manière dont est positionnée l'antenne par rapport au conducteur de l'automobile ;; - les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation d'un appareillage conforme à l'invention utilisant une antenne simple couche, la figure 4 illustrant plus particulièrement l'électronique de conditionnement d'un tel appareillage - les figures 5 et 6 illustrent un appareillage conforme à l'invention mettant en oeuvre une antenne double couche, la figure 6 étant une illustration schématique de l'électronique de conditionnement d'une telle antenne. L'invention concerne donc un appareillage permettant de capter et de transmettre au loin les paroles d'une personne placée dans un milieu perturbé afin d'effectuer un traitement de ces paroles, par exemple permettant de capter et de traiter les paroles d'un conducteur d'un véhicule afin de les transmettre à un système de reconnaissance automatique de la parole permettant de commander, automatiquement, sans autre intervention du conducteur, certaines fonctions du véhicule. Un tel appareillage, peut, notamment, être associé à un système de reconnaissance automatique de la parole du type de celui faisant l'objet de la demande de brevet français 82/16 066. Les exemples donnés ci-après porteront sur une telle application, l'ensemble de reconnaissance de la parole n'étant cependant pas décrit par mesure de simplification. Si l'on se reporte aux figures 1 et 2, l'appareillaqe selon l'invention (ou capteur) est constitué essentiellement par une antenne (1) disposée à l'intérieur de l'habitacle du véhicule (2). Cette antenne est fixée à demeure sur le véhicule et focalise sur la bouche du conducteur (3) qui reste dans une zone assez petite tout en effectuant une rejection vis-à-vis des sources autres que la bouche du conducteur. Elle est associée à une électronique de conditionnement, qui sera vue plus en détail dans la suite de la description, et qui permet de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression acoustique (P) ou pression + vitesse (P + fl CV). Pour ce faire, l'antenne (1) se présente sous une forme demi-circulaire et est disposée au-dessus de la tête du conducteur (3), dans une zone proche du plafond par exemple. Ainsi que cela ressort de la figure 1, cette antenne est de préférence inclinée par rapport à l'axe du véhicule. Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 3 et 4 l'antenne est du type additif et est composée de dix microphones (4), du type électret en l'occurence, disposés régulièrement sur un demi-cercle de 0,27m de rayon. Ces microphones sont montés sur un support commun approprié fixé au plafond du véhicule et sont reliés à une électronique de conditionnement (5) illustrée plus en détail à la figure 4 . Cette antenne de forme demicirculaire est déployée face au conducteur, la bouche de ce dernier étant située à environ 25 cms du centre géométrique C de ladite antenne (voir figure 2). Dans ce mode de réalisation, l'électronique de conditionnement (5) comprend la polarisation des microphones (4) et un étage sommateur-inverseur comprenant un ampli opérationnel LF356 monté en inverseur et dont la résistance Aj de contr-e-réaction permet d'ajuster le gain. Ceci permet de donner une grandeur analogique représentant l'information pression acoustique. Cette informa tion est envoyée au système de reconnaissance automatique de la parole proprement dit non représenté ici. Le fonctionnement d'une telle électronique de conditionement ressort clairement de la figure 4 annexée et ne sera donc pas décrit en détail. Dans l'exemple de réalisation illustré par les figures 5 et 6 l'antenne (1) est constituée de deux antennes additives élémentaires (la) et (lb), semi-circulaires, espacées l'une de l'autre de 1,5 cms. Le rayon r est de 27 cms. La gamme de fréquences couverte est donc comprise entre environ 200 et 5600 Hz. Chaque paire de microphones est montée, soit sur un support commun, soit sur deux supports individuels, de telle sorte que l'axe passant par deux microphones d'une même paire soit orienté sensiblement en direction de la bouche du conducteur. Cette antenne est associée à l'électronique de conditionnement (6) permettant de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression + vitesse (P +p CV), cet ensemble ayant une structure et un fonctionnement similaires à celui faisant l'objet de la demande de brevet' rançais 79/03 813. Dans le cas présent, P et V représentent respectivement la pression et la vitesse particulaires moyennes estimées par le calcul analogique entre les deux couches. Comme dans le cas de l'antenne simple couche, l'information fournie à la sortie est transmise à un système de reconnaissance automatique de la parole du type faisant l'objet de la demande de brevet français 82/16 066. Selon cette forme de réalisation, ces deux antennes élémentaires (la) et (lb) sont équipées de leur sommateur et délivrent Spl et tp2 qui sont reliés aux entrées de l'électronique de conditionnement P + P CV. Dans cet ensemble - A élabore Pmoy # P1 + P2 , pression acoustique 2 moyenne - B élabore grad p P1 P2 avec 2# correspondant correspondant à l'écartement entre les deux antennes - C corrige grad P en fonction de g , avecp masse volumique de l'air D intègre -grad P D intègre -grad P pour donner V vitesse particu- laire moyenne - E élabore CV avec C = vitesse de propagation des ondes - F effectue P + P CV. Les avantages apportés par l'appareillage conforme à l'invention ressortiront de manière plus évidente des essais comparatifs donnés ci-après, essais effectués dans un véhicule équipé d'un système de reconnaissance de la parole faisant l'objet de la demande de brevet fran çais 82/16 066. Bien entendu, tout autre test comparatif pourrait être envisagé. Ces essais sont réalisés en utilisant une bande test de quarante et un mots enregistrés selon douze séries consécutives. Cette bande alimente un haut-parleur de type conventionnel, placé dans la voiture à l'emplacement de la tête du conducteur. Une des douze séries est utilisée pour effectuer, pour chaque capteur, la phase d'apprentissage en ambiance calme. Pour chaque mot prononcé, on relève la note obtenue ou le type d'erreur énoncé s'il n'y a pas reconnaissance. Dans les mêmes conditions, on compare quatre types de capteurs, à savoir - un micro omnidirectionnel placé au plafond à une distance de 27 cms du haut-parleur, - un micro de proximité placé à trois centimètres du haut-parleur c'est-à-dire correspondant à la solution actuelle dans laquelle le micro est associé au conducteur, - une antenne simple couche du type illustré par les figures 3 et 4, - une antenne double couche du type illustré par les figures 5 et 6. La source de bruit parasite est constituée par le moteur fonctionnant à régime stabilisé (3000 t/mn), vitres fermées, à l'arrêt. Le seuil de départ du système de reconnaissance de la parole est fixé à 60 de telle sorte qu'il n"y ait pas de déclenchement intempestif lors de l'utilisation~du micro seul au plafond. Cette valeur élevée du seuil est identique pour les quatre capteurs testés. Les résultats de mesure effectués dans les conditions précitées sont regroupés dans le tableau ci-dessous. taux de reconnaissance micro au plafond 60 % micro cardioïde proche 90 % antenne simple couche 93 % antenne double couche 96 % Conditions : seuil 60 - Moteur 3000 t/mn Ce tableau illustre bien les avantages apportés par les deux types d'antennes conformes à l'invention. L'exemple qui précède montre bien les avantages apportés par l'appareillage selon l'invention et notamment par le fait qu'il est possible de remplacer un micro proche de la bouche du conducteur par un capteur éloigné, facilement adaptable dans tout type de véhicule, solu tion qui, a priori, ne semblait pas envisageable. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation donnés précédemment mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, l'antenne pourrait avoir une autre forme que demi-circulaire et être géométriquement adaptée aux ondes à détecter. Il pourrait être envisagé de réaliser une antenne rectiligne ou autre et, par le biais de lignes à retard connectées à chacun des capteurs unitaires, reconstituer électroniquement la réponse d'une antenne configurée d'une façon différente dans l'espace. Par ailleurs, si dans les exemples précédents, une pluralité de microphones sont utilisés sur la ou les antennes, il pourrait être envisagé d'utiliser unevanten- ne constituée par une seule et unique surf ace sensible étendue. Si, comme dit précédemment, l'invention est particulièrement adaptée pour être associée à un système de reconnaissance automatique de la parole permettant de commander, automatiquement, certaines fonctions d'un véhicule, il est évident qu'elle pourrait trouver de nombreuses autres applications. Ainsi, il pourrait être envisagé d'appliquer l'appareillage conforme à l'invention à la transmission téléphonique, par exemple à un radio-téléphone, a la commande vocale du fonctionnement de machines dans une usine, avec prise de son et un enregistrement de paroles dans un lieu public. Par ailleurs, l'appareillage selon l'invention pourrait être adapté à d'autres types de gamme de fréquences qu'à celle correspondant aux exemples précis décrits. REVENDICATIONS 1/ Appareillage permettant de capter et de transmettre la parole d'une personne placée dans un milieu perturbé afin d'effectuer un traitement de cette parole, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison - une antenne (1) proprement dite, fixe par rapport à la personne dont on souhaite capter les paroles et qui focalise sur la bouche de celle-ci tout en effectuant une rejection vis-à-vis des ondes externes, - une électronique de condilionnement (5,6) permettant de donner une grandeur de sortie analogique représentant l'information pression acoustique (P) ou la combinaison linéaire de la pression et de la vitesse particulaires (P +fCV), représentative des ondes acoustiques émanant essentiellement de la bouche du locuteur, pétant la masse volumique de l'air et C la vitesse de propagation des ondes. 2/ Appareillage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'antenne (1) est de forme circulaire ou demi-circulaire et est disposée dans une zone située au-dessus de la tête de la personne dont on souhaite capter la parole. 3/ Appareillage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lorsque l'antenne (1) est de forme demi-circulaire, elle est déployée face à la personne, au-dessus de cette dernière. 4/ Appareillage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'antenne (1) est du type additif et est constituée par une seule série de microphones (4) régulièrement espacés les uns des autres. 5/ Appareillage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'antenne (1) est constituée de deux antennes additives élémentaires (la-lb) parallèles, espacées l'une de l'autre, portant chacune une pluralité de microphones (4). 6/ Appareillage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il est utilisé pour capter les paroles d'une personne à l'intérieur d'un véhicule afin de transmettre les informations qui en résultent à un système de reconnaissance automatique de la parole, l'antenne (1) étant fixée à demeure dans le véhicule et focalisant sur la bouche du conducteur qui reste dans une zone tridimensionnelle assez petite.