Brevet FR2671221A1 — publié le 19920703

Dispositif pour annulation de bruit acoustique L'invention concerne un dispositif pour annulation de bruit acoustique. Il est connu de résoudre le problème de l'annulation de bruit lors d'un enregistrement en ambiance bruitée par un dispositif reposant sur un filtrage adaptatif à deux capteurs. Le premier capteur fournit un signal bruité composé d'un signal utile à conserver et d'un bruit acoustique à éliminer, le second capteur fournissant un bruit de référence corrélé avec le bruit acoustique. Le filtrage adaptatif permet d'obtenir à partir du bruit de référence une estimation de bruit qui est alors soustraite du signal bruité pour donner le signal utile affranchi du bruit acoustique. Les coefficients du filtre adaptatif réalisant le filtrage adaptatif sont ajustés pour converger vers des valeurs telles que l'estimation de bruit soit égale au bruit acoustique. L'inconvénient d'une telle solution réside dans la nécessité d'une forte corrélation entre le bruit de référence et le bruit acoustique mais aussi dans la nécessité que le signal utile soit absent au niveau du second capteur. Le but de l'invention est de procéder dans une ambiance bruitée, à la réduction du bruit acoustique mêlé au signal utile lorsque le second capteur ne reçoit pas uniquement le bruit de référence. Le dispositif pour annulation de bruit acoustique selon l'invention comprend un premier capteur qui produit un signal bruité composé d'un signal utile et d'un bruit acoustique et un second capteur qui produit un signal de référence incluant un bruit de référence et un signal secondaire, et comprend aussi un premier filtre adaptatif recevant la différence du signal de référence et d'une estimation du signal secondaire pour produire une estimation de bruit et un second filtre adaptatif recevant la différence du signal bruité et de l'estimation de bruit pour produire l'estimation du signal secondaire. Le double filtrage permet d'isoler d'une part le signal utile et d'autre part le bruit acoustique. Le dispositif pour annulation de bruit acoustique est encore caractérisé en ce que les premier et second filtres adaptatifs s'adaptent afin de minimiser la puissance en entrée respectivement des second et premier filtres adaptatifs, les coefficients des premier et second filtres adaptatifs étant ajustés selon l'algorithme du gradient, en fonction de la puissance reçue au niveau des premier et second capteurs et de la détection d'activité vocale. L'ajustement des coefficients des premier et second filtres adaptatifs en fonction de la détection d'activité vocale permet d'augmenter la vitesse d'adaptation de ces filtres tout en conservant une précision suffisante. Selon une autre caractéristique, le dispositif pour annulation de bruit acoustique est caractérisé en ce que la détection d'activité vocale qui conditionne par un circuit d'isolation la soustraction de la sortie du second filtre adaptatif du signal de référence et commande l'adaptation des premier et second filtres adaptatifs, détecte l'apparition de toute activité vocale en comparant la puissance en entrée du second filtre adaptatif avec un seuil de puissance défini au préalable. Par un choix judicieux de cette puissance de seuil, il devient possible d'obtenir un fonctionnement du dispositif dans des conditions optimales. L'invention sera mieux comprise avec la description qui suit et la figure qui l'accompagne. La figure représente un dispositif pour annulation de bruit acoustique et détection d'activité vocale associée selon l'invention. Un dispositif pour annulation de bruit acoustique et détection d'activité vocale associée selon l'invention et tel que représenté sur la figure repose sur l'utilisation de deux capteurs et de deux filtres adaptatifs. Ces deux capteurs reçoivent chacun des signaux provenant d'une source d'émission, une source sonore telle qu'une voix humaine, par exemple, et d'une source de bruit. Par source de bruit on n'entend pas nécessairement une source ponctuelle mais également un ensemble de générateurs de bruit tels que le moteur, le ventilateur, les roues d'une voiture par exemple. Le premier capteur 1 reçoit un signal bruité composé d'un signal utile, issu de la source d'émission, que l'on désire conserver et d'un bruit acoustique, issu de la source de bruit, qu'il faut éliminer.Un second capteur 2 reçoit un signal de référence composé d'un bruit de référence, issu de la source de bruit, à conserver et d'un signal secondaire issu de la source d'émission. Un premier filtre 3 a pour rôle de permettre l'annulation du bruit acoustique capté par le premier capteur 1, et délivre pour cela une estimation du bruit. Un second filtre 4 a pour rôle de permettre l'élimination du signal secondaire capté par le second capteur 2 et délivre pour cela une estimation du signal secondaire. Un dispositif 5 d'adaptation du premier filtre 3 et un dispositif d'adaptation 6 du second filtre 4 permettent l'adaptation de ces filtres pour obtenir les estimations du bruit et du signal secondaire, les pas d'adaptation des premier et second filtres 3 et 4 étant respectivement asservis à la puissance au niveau du second capteur 2, détectée par un premier dispositif d'évaluation de puissance 8, et à la puissance au niveau du premier capteur 1, détectée par un deuxième dispositif d'évaluation de puissance 9. Un dispositif de détection d'activité vocale 7 détecte l'apparition d'activité vocale en comparant la puissance en entrée du second filtre 4, avec une puissance de seuil 10, définie au préalable. Ce dispositif possède deux modes de fonctionnement selon la présence ou l'absence d'activité vocale au niveau des premier et second capteurs 1 et 2. Dans un premier mode de fonctionnement, en l'absence d'activité vocale, seul le premier filtre 3 s'adapte. Il reçoit directement en entrée le signal de référence qui n'est autre, dans ce premier mode de fonctionnement, que le bruit de référence, la sortie du second filtre 4 étant déconnectée de l'entrée du premier filtre 3 par un circuit d'isolation 11. En sortie, le premier filtre 3 élabore une estimation de bruit de telle sorte que la puissance en entrée du second filtre 4 soit la plus faible possible, l'adaptation du premier filtre effectuée à l'aide du premier dispositif d'adaptation 5, étant alors réalisée lorsque la puissance en entrée du second filtre est inférieure à un seuil déterminé.Le pas d'adaptation du premier filtre 3 est fonction de la puissance au niveau du second capteur 2 fournie par le dispositif d'évaluation de puissance 8, tandis que le pas d'adaptation du second filtre 4 est nul. Si Pb est l'expression de la puissance au niveau du second capteur 2, et mubO, une valeur prédéterminée, alors le pas d'adaptation du premier filtre 3 Lb, s'obtient par la formule Fb = mubO/Pb, l'expression, rh, du pas d'adaptation du second filtre 4 étant donné par la formule : Fh = O. La sortie du dispositif est alors la différence élaborée par le premier circuit de soustraction 12 entre le signal reçu au niveau du premier capteur l, en l'espèce le signal bruité, et l'estimation du bruit élaborée par le premier filtre 3. Dans un second mode de fonctionnement, en présence d'activité vocale, les premier et second filtres 3 et 4 s'adaptent simultanément. Dès que la puissance à l'entrée du second filtre 4 est supérieure à un seuil de puissance, le dispositif de détection d'activité vocale 7 indique qu'il y a présence d'activité vocale. Inversement lorsque cette puissance redevient inférieure au seuil, l'ensemble du dispositif retourne dans le premier mode de fonctionnement. La puissance de seuil est déterminée en l'absence d'activité vocale, pendant le premier mode de fonctionnement, en prenant la moyenne de valeurs de puissance en entrée du second filtre 4; le seuil de puissance, SEUIL, qui détermine le basculement du circuit d'isolation, est donné par la formule : SEUIL =(prop x puissance de seuil) + seuilmini, où seuilmini est une valeur prédéterminée mininale de seuil correspondant à une faible puissance du bruit acoustique et prop un facteur multiplicatif déterminé. La détection d'activité vocale entraîne une modification des pas d'adaptation des premier et second filtres 3 et 4, ainsi qu'un basculement du circuit d'isolation 11. Le pas d'adaptation du second filtre 4, est augmenté pour lui permettre de s'adapter rapidement, le pas d'adaptation du premier filtre 3 étant ramené à zéro. Si Ps est l'expression de la puissance au niveau du premier capteur fournie par le dispositif d'évaluation 9, et muhO une valeur prédéterminée, alors le pas d'adaptation du second filtre 4, Fhs s'obtient par la formule : ph = muhO/Ps, l'expression, sb du pas d'adaptation du premier filtre 3, étant donnée par la formule : gb = O.Le changement d'état du circuit d'isolation 11, provoque une modification du signal à l'entrée dudit premier filtre 3 qui reçoit maintenant la différence élaborée par un second circuit de soustraction 13, entre le signal reçu au niveau dudit second capteur 2 et l'estimation du signal secondaire élaborée par le second filtre 4. Après le début activité vocale, les pas d'adaptation sont à nouveau modifiés pour permettre une meilleure précision du dispositif et répondre aux formules suivantes 'lob= mubh/Pb et Fh = muhb/Ps Pb et Ps étant les valeurs définies précédemment et mubh et muhb étant prédéterminées. La sortie dudit dispositif est prise soit en entrée du second filtre 4 comme dans le premier mode de fonctionnement, soit en sortie de ce filtre 4. Si ebtnl est l'expression de l'entrée du premier filtre 3 à l'instant n, Si ehtnl est l'expression de l'entrée dudit second filtre 4 à l'instant n, Si micro~parole tnl est l'expression du signal reçu au niveau du premier capteur 1 à l'instant n, Si micro bruît tnl est l'expression du signal reçu au niveau du second capteur 2 à l'instant n, Si bruit tnl est l'expression de l'estimation du bruit fournie par le premier filtre 3 à l'instant n, Si sortie tnl est l'expression de l'estimation du signal secondaire fournie par le second filtre 4 à l'instant n, Si B(ni est le nième coefficient du premier filtre 3, Si Htnl est le nième coefficient du second filtre 4, alors le dispositif de la figure répond aux équations suivantes premier mode de fonctionnement : ebtnl = micro bruit tnl second mode de fonctionnement : ebtnl = micro~bruit tnl - sortie tnl LONGB bruit tnl = Z B til.ebtn-il, pour LONGB échantillons i=l ehtnl = microparolelnl - bruittnl LONGH sortie [n] = i H til.ehtn-il, pour (LONGH+l) échantillons i=o avec pour les coefficients des premier et second filtres 3 et 4 obtenus par l'utilisation de l'algorithme du gradient, B 2 [k] =B [k] +2 . ehtnl. ebtn-kl pour k=l à LONGB n+1 (k1 = B (k# + H [k] = H tkl + 2 ph . ebtnl. eb[n-k] pour k=O à LONGH n les puissances au niveau du premier capteur 1 et du second capteur 2 et les puissances en entrée des premier et second filtres 3 et 4 étant évaluées par l'expression suivante, x étant le signal dont on cherche à déterminer la puissance LONGP-1 (l/LONGP) . i (xtn-il) pour LONGP échantillons. i=o Le dispositif pour annulation de bruit acoustique trouvera une application avantageuse dans les radiotéléphones, particulièrement lorsque ceux-ci sont installés dans un véhicule automobile qui est le siège de nombreux bruits. Dans ce cas le premier capteur 1 est le microphone du radiotéléphone, tandis que le deuxième capteur figure à un emplacement différent. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour annulation de bruit acoustique comprenant un premier capteur (1) qui produit un signal bruité composé d'un signal utile et d'un bruit acoustique et un second capteur (2) qui produit un signal de référence incluant un bruit de référence, caractérisé en ce que, ledit signal de référence incluant de plus un signal secondaire, il comprend un premier filtre adaptatif (3) recevant la différence dudit signal de référence et d'une estimation dudit signal secondaire pour produire une estimation de bruit et un second filtre adaptatif (4) recevant la différence dudit signal bruité et de ladite estimation de bruit pour produire ladite estimation dudit signal secondaire. 2/ Dispositif pour annulation de bruit acoustique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier filtre adaptatif (3) s'adapte afin de minimiser la puissance dudit bruit acoustique en entrée du second filtre adaptatif (4). 3/ Dispositif pour annulation de bruit acoustique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit second filtre adaptatif (4) s'adapte afin de minimiser la puissance dudit signal secondaire en entrée dudit premier filtre adaptatif (3). 4/ Dispositif pour annulation de bruit acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coefficients desdits premier et second filtres (3 et 4), sont ajustés selon l'algorithme du gradient, en fonction de la puissance reçue au niveau desdits premier et second capteurs (1 et 2) et en réponse à la détection d'une activité vocale par un dispositif de détection d'activité vocale (7). 5/ Dispositif pour annulation de bruit acoustique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de détection d'activité vocale (7) conditionne par un circuit d'isolation (ll) la soustraction de la sortie dudit second filtre adaptatif (4) dudit signal de référence et commande l'adaptation desdits premier et second filtres adaptatifs (3 et 4), en détectant l'apparition de toute activité vocale, par comparaison entre la puissance en entrée dudit second filtre adaptatif et un seuil de puissance (10) défini au préalable. 6/ Dispositif pour annulation de bruit acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit premier capteur (1) est un microphone d'un radiotéléphone.