Brevet FR2702911A1 — publié le 19940923

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURES PHONOMETRIQUES La présente invention concerne les procédés et dispositifs de mesures phonométriques et elle trouve une application particulièrement importante dans la vérification des appareils de téléphonie, en ambiance industrielle. Classiquement, on utilise trois paramètres pour vérifier les appareils de prise de son ou de restitution du son et en particulier les appareils téléphoniques - la réponse en fréquence, c'est-à-dire la courbe de variation d'une grandeur de sortie son ou signal électrique en fonction de la fréquence, à excitation donnée - l'efficacité ou rendement - la distorsion. Pour que l'appareil soit acceptable, les caractéristiques ci-dessus doivent rester à l'intérieur d'un gabarit déterminé autour de valeurs nominales. A l'heure actuelle, les vérifications sont généralement effectuées en laboratoire, c'est-à-dire dans une ambiance protégée contre les bruits, sur des échantillons prélevés à un stade intermédiaire ou à l'issue de la chaîne de fabrication. Ces appareils permettent d'effectuer des mesures précises mais qui demandent beaucoup de temps lorsqu'on souhaite tracer une courbe de réponse à partir de nombreux points de mesure. Par ailleurs, il deviennent peu utilisables dans les ambiances industrielles où il est impossible d'éviter un niveau de bruit élevé. La présente invention vise à fournir un procédé et un dispositif de phonométrie utilisable en ambiance industrielle, permettant de déterminer rapidement si un appareil tel qu'un terminal téléphonique a des caractéristiques restant dans un gabarit imposé, facilement adaptables à un nouveau produit. Dans ce but l'invention propose notamment un procédé de mesure des caractéristiques d'un appareil téléphonique, suivant lequel on applique à l'appareil un signal d'excitation mémorisé ayant une répartition d'énergie en fréquence suivant une loi multi-sinus, on numérise le signal de sortie de l'appareil, on soumet le signal numérisé à une transformée de Fourier rapide, on analyse le spectre du signal transformé et on le compare à celui du signal d'excitation mémorisé. Grâce à l'utilisation d'une excitationmulti-sinus, il est possible d'obtenir simultanément une mesure en plusieurs points de la courbe de réponse en fréquence, sans pour cela dégrader la mesure de façon excessive en cas de présence de bruit de fond. L'énergie d'excitation est en effet concentrée sous forme de quelques pics et le traitement ultérieur du signal peut éliminer dans une large mesure la contribution de bruit dans les zones du spectre entre les pics. On arrive donc à un compromis satisfaisant entre l'élimination du bruit, qui serait assurée de façon optimale par des mesures successives correspondant chacune à une fréquence pure d'excitation, et une excitation par un signal ayant une répartition d'énergie sur un spectre étendu, qui rendrait difficile la prise en compte du bruit ambiant. L'invention propose également un dispositif de mesure des caractéristiques d'un appareil téléphonique, comprenant un générateur d'un signal de test destiné à être appliqué à l'entrée de l'appareil, des moyens d'échantillonnage et de numérisation du signal de sortie de l'appareil et des moyens de traitement du signal numérisé fournissant la répartition spectrale en énergie du signal de sortie et de comparaison de ce signal avec le signal de test, caractérisé en ce que le générateur est du type fournissant un signal multi-sinus et en ce que les moyens de traitement comportent un transformateur de Fourier rapide donnant la répartition de la puissance de sortie en fréquence et permettant de comparer le spectre de sortie au spectre multi-sinus applique. Un tel dispositif constitue un compromis entre les exigences apparemment contradictoires qu'implique une utilisation en milieu industriel et l'obligation de conserver les principes de mesure normalisée, autorisant la comparaison des résultats obtenus avec ceux d'appareils de laboratoire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non-limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel, destiné à faire apparaître un principe de base mis en oeuvre par l'invention - la figure 2 est un schéma synoptique montrant une réalisation particulière de dispositif ; et - la figure 3 montre une séquence possible des opérations intervenant dans la mesure. Comme on l'a indiqué plus haut, la recherche d'un procédé fournissant des résultats comparables avec ceux des appareils traditionnels, la répétition des mesures dans un milieu bruyant, la recherche d'une durée de test réduite et la possibilité d'étalonnage ont été atteintes en utilisant un procédé qui implique, comme indiqué sur la figure 1 - la génération d'un signal multi-sinus dans lequel la puissance P est répartie en fonction de la fréquence sous forme de la juxtaposition de pics sinusoidaux répartis en fonction de la plage de fréquence dans laquelle devra être vérifié l'appareil soumis au test, ayant des amplitudes sélectionnées suivant la nature de l'appareil, le passage du signal de sortie provenant de l'appareil testé 10 du domaine temporel dans le domaine fréquentiel, par exemple par une transformation de Fourier rapide 12. On peut alors comparer le spectre de sortie W(f) au spectre mémorisé généré à l'entrée de l'appareil 10 et vérifier que les écarts, éventuellement après prise en compte de la fonction de transfert de l'appareil de mesure, ne dépassent pas un gabarit mémorisé. Le dispositif montré en figure 2 met en oeuvre le principe ci-dessus, à l'aide de moyens d'analyse et de calcul numérique qui permettent au surplus de vérifier la cohérence des résultats et d'effectuer des mesures supplémentaires, telles par exemple que la mesure de courant de ligne, la vérification de signaux de numérotation, (sous forme décimale ou sous forme de code multifréquences) et l'évaluation des tonalités et de la sonnerie. Tel qu'il est représenté sur la figure 2, le dispositif est destiné à tester le microphone d'un combiné téléphonique 16. Pour cela, il comporte un organe d'excitation sonore tel qu'un haut-parleur 18, constituant bouche artificielle. Mais le dispositif peut aisément être appliqué à la vérification d'autres composants téléphoniques. Par exemple, il permet de contrôler l'écouteur d'un poste téléphonique (associé ou non à une portion de ligne). Dans ce cas, l'excitation de l'organe à contrôler s'effectue par voie électrique, le signal sonore émis étant capté par un transducteur microphonique appartenant au dispositif de mesure. Le dispositif peut être considéré comme ayant une partie d'excitation et une partie d'analyse. La partie d'excitation comprend un fichier 20 destiné à mémoriser les spectres multi-sinus des signaux de mesure à utiliser. Le spectre peut en effet différer suivant la nature de l'appareil à contrôler. Des moyens de calcul matériels ou logiciels 22 permettent, pour le spectre sélectionné, d'établir une table d'échantillons 24 dont le contenu est transféré dans un fichier 26 qui contient et sauvegarde, au cours d'une campagne de mesure portant sur un appareil déterminé, les échantillons représentatifs du signal de test, constitué par la somme de signaux sinusoldaux, dont les fréquences et les amplitudes sont fixées par le fichier 20. En général, la mesure sera faite à l'aide d'un signal contenant six à douze composantes sinusoidales, permettant en conséquence de déterminer simultanément six à douze points de la réponse en fréquence.Pour permettre de s'assurer que les mesures effectuées sont représentatives, cela par des vérifications portant sur la cohérence des résultats, la durée temporelle du signal d'excitation sera généralement d'au moins une dizaine de périodes pour la composante sinusoidale à fréquence la plus basse. Les échantillons successifs du signal d'excitation sont appliqués à un convertisseur numérique-analogique 28, qui attaque le haut-parleur 18 par l'intermédiaire d'un interface 30 électrique d'adaptation de caractéristiques. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le signal numérique est corrigé, avant conversion, à partir des données contenues dans un fichier d'étalonnage 32. Ce fichier contient des données de calibrage électrique et de calibrage acoustique. Le calibrage électrique permet de tenir compte des caractéristiques de composants du dispositif tels que le convertisseur analogique-numérique. Le calibrage est effectué suivant des techniques bien connues applicables de façon générale aux appareils de mesure de grandeurs électriques. Le calibrage acoustique est effectué à l'aide d'une source étalon et d'un sonomètre. Il consiste surtout à déterminer le niveau et le contenu spectral des signaux de test afin de les rendre conformes aux normes. Lors d'opérations de maintenance, les coefficients de calibrage électrique de la carte d'acquisition/restitution sont sauvegardés dans ce fichier 32 et, à chaque appel d'une mesure, le fichier de calibrage est utilisé avec le fichier d'échantillons 26 correspondant par le convertisseur numérique-analogique 28 pour la génération du signal de test d'excitation. La partie analyse comporte un interface 34 destiné à recueillir le signal électrique de sortie de l'appareil testé (partie microphonique d'un combiné par exemple) et à supporter cet appareil. Le signal analogique de sortie de l'interface 34 est soumis à un filtrage et à une conversion analogique-numérique. La conversion s'accompagne d'un échantillonnage à fréquence plus élevée que la fréquence de Shannon correspondant à la fréquence la plus haute du spectre de mesure, par exemple entre 10 et 20 kHz dans le cas de signaux de test se situant dans le spectre audible. Le filtre anti-repliement peut lui-même être centré sur une fréquence approximativement double de la fréquence d'échantillonnage. La conversion analogique-numérique peut elle aussi être accompagnée d'une correction effectuée à partir des informations contenues dans le fichier d'étalonnage 32. Le signal numérisé, ayant une durée correspondant à plusieurs périodes de la composante à plus basse fréquence du signal multi-sinus, est soumis à une transformation de passage du domaine temporel au domaine fréquentiel. La figure 2 comporte à cet effet des moyens 38 effectuant une transformée de Fourier numérique, pouvant être réalisée par voie matérielle ou par voie logicielle. Toujours dans le cas représenté sur la figure 2, le dispositif comprend des moyens 40 permettant de mémoriser les spectres correspondant à plusieurs signaux de test ou d'excitation successifs et identiques et d'en faire une moyenne. L'accumulation des résultats correspondant à plusieurs mesures successives, qui en l'absence de bruit ambiant devraient donner les mêmes résultats, permet non seulement d'effectuer une moyenne mais aussi de vérifier la cohérence de ces résultats et d'écarter les mesures non significatives. Cette cohérence peut être vérifiée à l'aide de moyens matériels ou logiciels 42 qui utilisent les données dans la mémoire des moyens 40 et permettent - de déterminer, par auto-corrélation, l'autospectre sur l'ensemble de chaque signal de mesure, - de déterminer, par inter-corrélation, llinter- spectre entre les résultats obtenus à partir de deux signaux de test ou d'excitation identiques. Les opérations effectuées correspondent alors au schéma de la figure 3 : deux signaux de mesure successifs A(t) et B(t) sont, après acquisition temporelle en 44a et 44b, soumis à une transformation dans le domaine fréquentiel qui donne naissance à des informations A(f) et B(f). Les auto-spectres respectifs sont calculés en 42a et 42b tandis que llinter-spectre est réalisé en 46. La cohérence des résultats est déterminée en 48, par exemple par vérification que le coefficient d'inter-corrélation est supérieur à un seuil prédéterminé et par vérification que chacun des autospectres présente bien des pics pour les fréquences d'excitation. Cette dernière vérification peut être effecutée par comparaison avec le contenu d'un fichier de gabarit 52 dans un circuit de décision 54 qui provoque la reprise de la mesure s'il apparaît que les résultats ne sont pas fiables. Grâce à cette constitution, on réalise un compromis entre la recherche de l'élimination du bruit de fond, qui serait optimale en utilisant un signal d'excitation strictement monofréquentiel, et la recherche d'une durée de mesure courte que permettrait un signal complexe, mais avec lequel l'élimination des bruits ambiants serait pratiquement impossible. On arrive ainsi à effectuer, de façon relativement rapide, des mesures en s'assurant de leur validité, dans des conditions telles que les mesures retenues sont très proches de celles effectuées en stricte conformité avec les normes. Comme on le verra plus loin, une correction supplémentaire peut être apportée aux résultats pour obtenir une conformité quasi absolue avec ceux que donnerait une mesure en laboratoire effectuée en respectant strictement les normes. A partir des informations mémorisées dans les moyens 40, un organe de calcul logiciel ou câblé 50 permet de calculer la distorsion harmonique et de la comparer avec celle jugée acceptable et mémorisée sous forme numérique dans un fichier de gabarit 52. Le circuit de calcul fournit alors sur une sortie S1 une information de conformité ou de non conformité. Cette sortie S1 est reliée à un circuit de diagnostic 56 qui, s'il est validé par le circuit de décision 54, fournit un diagnostic imprimé. Les spectres mémorisés dans les moyens 40 sont également utilisés en 58 pour calculer la fonction de transfert de l'appareil étudié, par comparaison avec le spectre sélectionné dans le fichier 20. La recherche d'un compromis entre des exigences contradictoires, à savoir d'une part la réduction de la durée de mesure et la répétatibilité en milieu industriel et d'autre part le respect des normes de mesure, conduit à l'obtention d'une fonction de transfert, en sortie de 58, qui est celle de l'ensemble appareil testé-dispositif. Pour obtenir des résultats qui sont strictement conformes à ceux qu'on obtiendrait en cas de respect des normes, le spectre en sortie de 58 est déconvolué en 60 par multiplication par la fonction de transfert du dispositif, mémorisée dans un fichier 62. Cette opération s'effectue de façon simple, puisque par une simple multiplication, alors qu'un produit de convolution serait nécessaire si la correction était effectuée sur les signals temporels. Les données de déconvolut ion peuvent être déterminées expérimentalement en utilisant le dispositif avec un appareil dont les caractéristiques ont été antérieurement déterminées en laboratoire, sans bruit ambiant. A partir du signal déconvolué en 60, la courbe de réponse peut être élaborée en 62 et comparée en 64 avec un gabarit mémorisé, prélevé dans le fichier 52. A l'issue de la comparaison, un signal indiquant si le gabarit est respecté est transmis au circuit de diagnostic 56 depuis une sortie S2. REVENDICATIONS l.Procédé de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique, caractérisé en ce qu'on applique à l'appareil (16) un signal d'excitation mémorisé ayant une répartition d'énergie en fréquence suivant une loi multi-sinus, on numérise le signal de sortie de l'appareil, on soumet le signal numérisé à une transformée rapide du domaine temporel au domaine fréquentiel, on analyse le spectre du signal transformé et on le compare à celui du signal d'excitation mémorisé. 2. Procédé de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la transformée utilisée est une transformée de Fourier rapide. 3. Procédé de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on répète la mesure plusieurs fois à l'aide de signaux d'excitation identiques, on détermine llinterspectre et on vérifie la cohérence des résultats par examen de l'interspectre. 4.Procédé de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on donne à chaque signal d'excitation une durée au moins égale à dix périodes de la composante sinusoldale à la fréquence la plus basse. 5. Procédé de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le signal d'excitation comporte six à douze composantes sinusoïdales. 6. Dispositif de mesure des caractéristiques phonométriques d'un appareil téléphonique, comprenant un générateur (18-28) d'un signal d'excitation destiné à être appliqué à l'entrée de l'appareil (16), des moyens (36) d'échantillonnage et de numérisation du signal de sortie de l'appareil et des moyens de traitement du signal numérisé fournissant la répartition spectrale en énergie du signal de sortie et de comparaison de ce signal avec le signal d'excitation, caractérisé en ce que le générateur (18-28) fournit un signal multi-sinus et en ce que les moyens de traitement comportent des moyens de transformation de Fourier numérique donnant la répartition de la puissance de sortie en fréquence et des moyens permettant de comparer le spectre de sortie au spectre multi-sinus appliqué. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le générateur comprend un fichier (20) de mémorisation de spectres multi-sinus, des moyens de calcul (22) permettant, pour un spectre sélectionné, d'établir une table d'échantillons (24), un fichier (26) destiné à recevoir, au cours d'une campagne de mesure portant sur un appareil déterminé, les échantillons représentatifs du signal d'excitation, et un convertisseur numérique-analogique (28). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un convertisseur analogique-numérique à échantillonnage à fréquence plus élevée que la fréquence de Shannon correspondant à la fréquence la plus haute du spectre de mesure, les dits moyens, et un filtre anti-repliement. 9. Dispositif selon la revendication 6, 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de mémorisation de spectres successifs obtenus par transformée de Fourier en réponse à des signaux d'excitation identiques et des moyens pour vérifier la cohérence des résultats par détermination de l'auto-spectre de chaque spectre et de l'interspectre. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par des moyens (60) pour multiplier le spectre de sortie par la fonction de transfert du dispositif avant comparaison avec un gabarit.