Brevet FR2751446A1 — publié le 19980123

L'invention se rapporte à un dispositif d'analyse d'un signal acoustique en temps réel. Pour régler ou corriger une installation de reproduction de sons disposée dans un local ou similaire, tel par exemple un autoradio installé dans un véhicule, il est nécessaire de déterminer la courbe de réponse en fréquence de cette l'installation. Pour effectuer une telle mesure acoustique, on connait depuis longtemps des appareils de laboratoire comprenant : - un transducteur tel un microphone convertissant l'onde acoustique émise par l'installation de reproduction en un signal électrique, - un moyen de traitement du signal fourni par le microphone pour en extraire des informations et - un moyen de visualisation de ces informations. Lorsqu'on souhaite tester l'appareil de reproduction du son indépendamment du local, on place cet appareil dans un local dont les qualités acoustiques sont bien connues, telles une chambre anéchoïque par exemple. Ce type de mesure permet de comparer les différents appareils entre eux dans des conditions de fonctionnement identiques. Lorsqu'on souhaite régler l'appareil en condition d'utilisation dans un local quelconque, on amène alors le dispositif de mesure dans ledit local et on effectue la mesure. Malheureusement, dans le cas d'un autoradio placé dans un véhicule, la mesure est quasi impossible car à ce jour les appareils de mesure connus sont trop volumineux et, s'ils sont transportables avec certaines précautions, ils ne sont pas portatifs. Une des informations à connaitre pour régler l'installation est, par exemple le niveau de pression acoustique dans différentes bandes de fréquence. Pour obtenir ce type d'informations, il existe -une première méthode qui consiste à découper le spectre de fréquences par une pluralité de filtres passe-bandes. Par exemple, il est connu de faire appel à des filtres analogiques mais alors le dispositif réalisé est très encombrant et grand consommateur d'énergie. Au lieu de filtres analogiques, il est connu de faire appel à des filtres à capacités commutés. Malheureusement, les circuits existants sont relativement lents, il est alors nécessaire de les multiplier pour obtenir une analyse en temps réel. Les appareils ainsi réalisés sont toutefois d'un cout excessif. Une seconde méthode consiste à obtenir les informations souhaitées par utilisation d'une méthode mathématique, telle la transformée de Fourier. Cette méthode consiste en premier lieu à échantillonner le signal analogique, en second lieu à effectuer la transformation de Fourier puis à afficher les résultats. Pour que la mesure soit qualifiée de mesure en temps réel, le résultat doit être fourni en moins d'une demiseconde. A la contrainte liée au temps de traitement de l'information, s'ajoutent d'une part le respect de la dynamique de mesure et d'autre part l'étendue de la mesure avec un nombre d'échantillons suffisants. Pour effectuer des calculs de manière relativement rapide, on connait des microprocesseurs qui, à l'aide d'un programme approprié, sont capables de calculer une transformée de Fourier. Pour un microprocesseur, chaque opération mathématique correspond à un nombre prédéterminé d'instructions machines, par conséquent, pour traiter un signal acoustique, il doit donc effectuer un très grand nombre d'instructions en un temps minimal. Pour respecter l'impératif temps réel, il serait nécessaire de disposer alors d'un microprocesseur dont la puissance de calcul est importante. Le cout d'un tel dispositif devient alors très rapidement prohibitif. Outre la vitesse de calcul de ce microprocesseur, il faut disposer des mémoires rapides ce qui accroit le prix. Depuis peu, sont apparus sur le marché des circuits intégrés dénommés DSP qui, assimilables à un microprocesseur, ont une architecture telle que ces circuits intégrés effectuent les opérations arithmétiques beaucoup plus rapidement que les microprocesseurs classiques. Dans le cas présent, ces dispositifs sont intéressants. Des algorithmes de calcul du type transformée de Fourier implémentés de manière numérique sous forme rapide ont notamment été développés sur ce type de produit. Outre les fonctions de calcul que doivent réaliser ces appareils, il faut également visualiser les différents résultats fournis. Les microprocesseurs et les circuits intégrés du type DSP sont capables d'effectuer des opérations annexes d'affichage ou autres. On peut donc, sous réserves de contraintes techiques et financières, construire un appareil organisé autour d'un microprocesseur ou autour d'un circuit intégré du type DSP. Comme dans le cas d'un microprocesseur classique, lorsqu'on fait appel à un circuit intégré du type DSP, pour disposer suffisamment de temps pour traiter les taches annexes, il faut faire appel à des mémoires dites rapides. Egalement, le programme de fonctionnemnt à élaborer est beaucoup plus compliqué. Chaque modification ultérieure de ce programme est alors une contrainte. L'invention a pour objet un dispositif d'analyse d'un signal acoustique en temps réel comprenant - un transducteur convertissant le signal acoustique en un signal électrique numérisé, - un moyen de traitement par transformée de Fourier rapide du signal fourni par le transducteur et - une interface utilisateur comprenant elle-même notamment un moyen de visualisation des informations fournies par le moyen de traitement précité et un clavier de commande, ce dispositif étant notamment caractérisé en ce qu'il comprend - un moyen pour traiter essentiellement les opérations mathématiques de la transformée de Fourier, ce moyen comprenant lui-même un microprocesseur spécialisé dans le traitement mathématique des signaux numériques, une mémoire qui, associée au microprocesseur spécialisé précité, mémorise les données nécessaires pour et lors du calcul et - un microcontroleur pour gérer, d'une part, l'interface avec l'utilisateur et, d'autre part, le fonctionnement du circuit intégré précité. L'invention sera bien comprise à l'aide de la description ci-après faite à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement un schéma synoptique du dispositif d'analyse. En se reportant au dessin on voit un analyseur 1 en temps réel d'un signal acoustique comprenant - un transducteur 2 convertissant l'onde acoustique en un signal électrique, - un moyen 3 de traitement par transformée de Fourier implémenté de manïère numérique sous forme rapide du signal fourni par le transducteur 2 et - une interface 4 utilisateur comprenant elle-même notamment un moyen 5 de visualisation des informations fournies par le moyen 3 de traitement précité et un clavier 6 de commande. Classiquement, pour être traité par la transformée de Fourier dans l'analyseur, celui-ci comprend en aval du transducteur 2, un convertisseur analogique/numérique 7 qui transforme le signal analogique en une pluralité de valeurs numériques discrètes codées, par exemple sur 16 bits. Eventuellement, le signal délivré par le transducteur 2 est amplifié par un préamplificateur 8. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif comprend - un moyen 9 pour traiter essentiellement les opérations mathématiques de la transformée de Fourier, ce moyen 9 comprenant lui-meme : un microprocesseur 10 spécialisé dans le traitement mathématique des signaux numériques, tel un circuit intégré du type DSP et une mémoire 11 qui, associée au microprocesseur spécialisé précité, mémorise les données nécessaires pour et lors du calcul et - un microcontroleur 12 pour gérer, d'une part, l'interface 4 avec l'utilisateur et, d'autre part, le fonctionnement du circuit intégré 10 précité. Cette disposition, d'une part, évite d'utiliser des mémoires rapides et, d'autre part, facilite toute modification des programmes implantés sur le microprocesseur spécialisé et/ou sur le microcontroleur. Le circuit intégré 10 comprend une mémoire 13 où sont implantés différents programmes de calcul permettant au dit circuit de fournir différents résultats et le microcontroleur 14 comprend un moyen pour commander au circuit intégré 10 de changer le programme de calcul. Le circuit intégré 10 comprend - un moyen 15 de commande du convertisseur analogique numérique pour activer l'opération de conversion et - un moyen 16 pour lire successivement les valeurs numériques disponibles en sortie du convertisseur. Le microcontroleur et le circuit intégré comprennent des horloges 17 de cadencement. Le moyen d'affichage 5 comprend par exemple un écran graphique du type à cristaux liquides dont la résolution sera par exemple de 256 X 64 points. Il comprend des moyens 18 pour figer les données affichées sur l'écran. Le circuit intégré comprend des moyens pour établir une analyse par 1/3 d'octave sur 30 bandes de fréquence définies dans la bande des 25Hz à 20kHz. Le clavier 6 de commande comprend trois boutons 19 de commande multifonction du type habituellement utilisé sur les autoradios. La commande d'une fonction est obtenue par appui bref sur le bouton ou par un appui prolongé. A cet effet, à chaque bouton, est associé un moyen 20 de détection de la durée d'appui. De préférence, lorsque le signal provenant du transducteur est amplifié par un préamplificateur, l'analyseur comprend un moyen 21 pour déterminer le bruit électronique du dit préamplificateur et pour appliquer une correction à au moins l'un des facteurs que forment les données fournies par le convertisseur analogique numérique, d'une part, et les résultats du traitement mathématique, d'autre part. L'analyseur sera autonome et, à cet effet, il comprend une batterie rechargable avec son témoin de batterie et une prise pour recharger cette batterie. Est également prévue une entrée pour un signal externe de calibration du dispositif, tel un bruit blanc ou un bruit rose. L'analyseur comprend pour ce type de calibration des moyens pour mémoriser des coefficients de corrections. Le poids d'un tel appareil sera de l'ordre d'un kilo et demi. On obtient une dynamique de 80dB avec une résolution de ldB. En utilisation comme sonométre, on peut mesurer jusqu'a 130 dB. Pour une mesure type SPL, il est possible d'appliquer différents types de pondération. REVENDI CATI ONS 1. Dispositif d'analyse d'un signal acoustique en temps réel comprenant - un transducteur (2) convertissant l'onde acoustique en un signal électrique, - un moyen (3) de traitement par transformée de Fourier implémenté de maniere numérique sous forme rapide du signal fourni par le transducteur (2) et, - une interface (4) utilisateur comprenant elle-même notamment un moyen (5) de visualisation des informations fournies par le moyen (3) de traitement précité et un clavier (6) de commande, ce dispositif étant CARACTERISE en ce qu'il comprend - un moyen (9) pour traiter essentiellement les opérations mathématiques de la transformée de Fourier, ce moyen (9) comprenant lui-même un microprocesseur (10) spécialisé dans le traitement mathématique des signaux numériques, et une mémoire (11) qui, associée au microprocesseur spécialisé précité, mémorise les données nécessaires pour et lors du calcul et - un microcontroleur (12) pour gérer, d'une part, l'interface (4) avec l'utilisateur et, d'autre part, le fonctionnement du circuit intégré (10) précité. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que - le microprocesseur spécialisé (10) comprend une mémoire (13) où sont implantés différents programmes de calcul permettant au dit circuit de fournir différents résultats et - le microcontroleur (14) comprend un moyen pour commander au circuit intégré (10) de changer le programme de calcul. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le microprocesseur spécialisé (10) comprend - un moyen (15) de commande du convertisseur analogique numérique pour activer l'opération de conversion et - un moyen (16) pour lire successivement les valeurs numériques disponibles en sortie du convertisseur. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le microprocesseur spécialisé (10) comprend des moyens pour établir une analyse par 1/3 d'octave sur 30 bandes de fréquence définies dans la bande des 25Hz à 20kHz. 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le clavier (6) de commande comprend trois boutons (19) de commande multifonctions du type habituellement utilisé sur les autoradios. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'à chaque bouton (19) est associé un moyen (20) de détection de la durée d'appui. 7. Dispositif selon la revendication 1 comprenant un préamplificateur monté entre le transducteur (2) et le convertisseur caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (21) pour déterminer le bruit électronique du dit préamplificateur et pour appliquer une correction à au moins l'un des facterus que forment les données fournies par le convertisseur analogique numérique, d'une part et les résultats du traitement mathématique, d'autre part.