Brevet FR2780498A1 — publié le 19991231

Procédé de Représentation Cartographique de Spectre Energétique et système permettant la mise en oeuvre de ce procédé 1 1/ Description générale: La présente invention concerne un procédé permettant de décrire, au moyen d'une représentation cartographique, le spectre en fonction de l'énergie de grandeurs physiques environnementales, ainsi qu'un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Cette invention s'applique notamment à la représentation de phénomènes physiques évolutifs. Cette représentation pouvant être considérée comme une signature de la grandeur associée au phénomène observé. 2/ Environnement technique de l'invention De façon habituelle, il est possible de représenter, par technique d'analyse spectrale (transformée de Fourier, FFT), des grandeurs physiques environnementales évoluant dans le temps. Ceci dans la mesure o celles- ci présentent certaines caractéristiques notamment d'ergodicité. Ces techniques présentent des limites essentiellement dues à leur faible capacité à décrire de façon simple les caractéristiques des grandeurs étudiées sur la période d'analyse, principalement en raison du volume de données à interpréter. L'absence de technique de représentation simple a pour effet de limiter l'utilisation pratique des ces techniques d'analyse spectrale pourtant riches d'informations à des laboratoires hautement spécialisés. 3/ Objet: L'objet de l'invention est de décrire un procédé ainsi qu'un dispositif technique permettant de réaliser des représentations, sous forme de cartes, d'une grandeur physique mesurable. Ces cartes dont un exemple est donné (figure 1) fournissent une représentation globale du spectre en fonction de l'énergie de la grandeur mesurée sur la période d'analyse. Les domaines de fréquence sont représentés en abscisse, I'énergie globale de la grandeur mesurée en ordonnée, la valeur de l'énergie, pour une fréquence donnée, étant traduite au moyen de couleurs ou de niveaux de gris. 1 4/ Avantages: Les cartes réalisées au moyen du procédé permettent d'effectuer facilement des comparaisons pouvant mettre en évidence le rôle de facteurs externes sur la grandeur physique mesurée. Les cartes trouvent application dans les cas o il est nécessaire de disposer d'une information de l'évolution de la grandeur mesurée sur le spectre évolutif. A titre d'exemple, celle-ci peuvent trouver application dans la quantification des bruits associés aux ronflements et permettre ainsi de fournir des informations pour l'indication de telle ou telle intervention thérapeutique et enfin de juger de l'efficacité. Le procédé objet de l'invention peut être facilement mis en oeuvre à partir d'un dispositif constitué d'une unité de calcul couplée à un système d'acquisition de la grandeur physique à mesurer et d'un dispositif d'impression. Ces sous éléments peuvent être assemblés de façon spécifique dans le but de constituer un dispositif autonome ou mis en oeuvre de façon non spécifique au moyen d'un micro- ordinateur connecté à une imprimante et disposant d'un système d'acquisition de la grandeur mesurée. Le coeur du dispositif est constitué d'un logiciel réalisant les différentes étapes du procédé de traitement de l'information associé à la mesure de la grandeur physique et à sa représentation graphique. Ceci permet d'envisager une mise en oeuvre partagée sur une plate- forme matérielle commune et ainsi d'en limiter le coût et d'en faciliter l'usage. / Domaines d'application Le dispositif décrit s'applique particulièrement bien à l'analyse des vibrations sonores et notamment à l'étude des bruits environnementaux. A titre d'exemple: I'analyse des bruits du ronflement, des bruits induits par la proximité de dispositifs ou équipements d'infrastructures ou techniques (lignes de chemin de fer, aéroports, usines, etc....), évaluation des mesures anti-bruits. Cette technique de représentation graphique peut être élargie à l'évaluation de toute grandeur physique. 6/ Description détaillée (figure 2): Le procédé comporte deux étapes principales: une première étape d'acquisition du signal, une seconde correspondant à l'élaboration de la carte représentative du spectre énergétique proprement dit. 1 Première étape - acquisition du signal: La grandeur physique à étudier est recueillie au moyen d'un dispositif qui lui est spécifique fournissant en sortie un signal électrique (ou numérique). Dans le cas de l'étude de vibrations sonores, celui-ci peut être constitué d'un microphone et de préamplificateurs adaptés. Selon les cas, ce signal est ensuite appliqué après filtrage à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique dont la fréquence d'échantillonage est au moins double de la plus haute fréquence que lI'on veut étudier. Le convertisseur analogique/numérique fournissant en sortie un signal numérique. Deuxième étape - élaboration de la carte représentative du spectre énergétique: le signal numérique est transféré dans une mémoire de travail. Le contenu de cette mémoire est ensuite découpé en blocs après filtrage numérique. Une analyse spectrale est ensuite effectuée sur le contenu de ces blocs au moyen d'un algorithme adapté (FFT p.ex). Les spectres résultants sont mémorisés et regroupés selon leur énergie globale. Un spectre moyen est calculé de façon statistique pour chaque niveau d'énergie ainsi que la distribution de l'énergie globale du signal. Le spectre calculé peut ensuite faire l'objet d'une représentation graphique soit en temps réel (spectre évolutif) soit en temps différé. La représentation graphique est élaborée à partir d'une matrice à deux dimensions: - les lignes de cette matrice correspondent à des niveaux d'énergie. Ces niveaux pouvant être soit prédéterminés, soit calculés à partir de la distribution de l'énergie globale du signal; - les colonnes correspondent aux différentes fréquences utilisées pour décrire le spectre. Ces fréquences correspondant soit directement à celles issues de l'analyse spectrale, soit au regroupement en "bandes de fréquence" de celles-ci. Les grandeurs statistiques caractéristiques relatives à chaque niveau d'énergie pour chaque bande de fréquence étant mémorisées à l'intersection des lignes et colonnes de la matrice. Une procédure de calcul associe pour chaque intersection ligne/colonne de la matrice ainsi obtenue une couleur (ou un niveau de gris) selon une échelle linéaire ou logarithmique. Cette couleur est ensuite reportée sur le graphique aux coordonnées qui lui sont propres. Un algorithme de diffusion peut être appliqué de façon à homogénéiser l'espace séparant les intersections de la matrice. Le graphique résultant peut être présenté à l'utilisateur soit au moyen d'un écran, soit imprimé sur papier au moyen d'une imprimante. REVENDICATIONS 1. Procédé de représentation cartographique de spectre énergétique caractérisé en ce qu'il permet d'obtenir une représentation cartographique du spectre en fonction de l'énergie de grandeurs physiques environnementales élaborée à partir des grandeurs statistiques caractéristiques du spectre énergétique, en mettant en oeuvre une étape d'acquisition du signal et une étape d'élaboration de la carte du spectre énergétique. 2. Procédé selon la revendications 1 caractérisé en ce que l'élaboration de la carte du spectre énergétique consiste à: 1) organiser les valeurs représentatives du signal en blocs, 2) à effectuer une analyse spectrale (FFT, DSE) sur les blocs et calculer les paramètres énergétiques du bloc, 3) mémoriser le spectre du signal ainsi que ses paramètres énergétiques, 4) trier les spectres mémorisés selon leur énergie globale, 5) calculer les spectres moyens selon leur énergie globale, 6) construire une matrice "fréquence/énergie", 7) représenter le contenu de la matrice au moyen d'une carte. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'échelle des niveaux d'énergie est prédéterminée ou calculée à partir de la distribution de l'énergie globale du signal. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'échelle des fréquences est absolu ou organisée en "bandes de fréquences" 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les échelles sont représentées de façon linéaire, ou logarithmique. 6. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le niveau d'énergie associé à chaque intersection de la matrice représentative "fréquence/énergie" est représenté par une couleur ou un niveau de gris. 7. Dispositif de représentation cartographique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il intègre l'ensemble des éléments nécessaires à l'élaboration de la carte de spectre énergétique, notamment dispositif de conversion analogique numérique, unité de calcul, mémoire, dispositif d'affichage. 8. Dispositif de représentation cartographique selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à partir d'un logiciel destiné à fonctionner sur un système informatique non spécifique. 9. Dispositif de représentation cartographique selon les revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que les modalités de dessin sont paramétrables. 1 10. Dispositif d'analyse et de représentation de sons caractérisé par le fait qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 7 à 9. 11. Dispositif d'analyse et de représentation des bruits du ronflement caractérisé par le fait qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif conforme à l'une quelconque des revendications7 à 9.