Brevet FR2926661A1 — publié le 20090724

DISPOSITIF DE CONTRÔLE DE L'ÉMISSION LOCALISÉE DE SIGNAUX AUDIO DANS UNE ZONE D'UN HABITACLE DE VÉHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne le domaine de la diffusion de sons dans l'habitacle d'un véhicule automobile, et plus précisément le contrôle de ce type de diffusion. De nombreux contenus audio peuvent être diffusés à des passagers qui sont situés à l'intérieur d'un habitacle de véhicule automobile. Parmi ces contenus on peut notamment citer les informations de navigation (fournies par un dispositif de navigation), les informations relatives au fonctionnement de certains éléments du véhicule (clignotants, dispositif d'aide au stationnement, moteur, mécanisme de verrouillage de porte ou de volet de coffre), et les contenus de divertissement (fournis par un auto-radio ou une source audio auxiliaire (telle qu'un lecteur MP3 ou plus généralement un baladeur). Certains contenus audio ne concernant que certains passagers, il serait souhaitable de ne diffuser à chaque passager que les contenus audio qui le concernent afin de ne pas déranger les autres passagers. Pour ce faire, il est possible d'implanter un connecteur de casque audio dans chaque zone d'un habitacle de véhicule pouvant accueillir un passager. Mais, cette solution n'est pas applicable au conducteur pour des raisons de sécurité et de réglementation. En outre, il devient rapidement inconfortable de porter un casque en permanence. Une solution alternative a été proposée. Cette solution consiste à diffuser localement, au moyen d'un émetteur placé dans l'habitacle au-dessus de la tête d'un passager, des ondes ultrasonores résultant de la modulation d'une porteuse ultrasonore avec des signaux audio devant être écoutés. Cette solution repose sur l'utilisation de certaines propriétés comportementales des ondes acoustiques dans un milieu non linéaire (tel que l'air). En effet, on tire ici partie du fait, d'une part, que l'on peut utiliser une porteuse ultrasonore, dont la propagation dans l'air est très directive, pour transporter des signaux audio devant être diffusés localement, et d'autre part, que la déformation d'une onde acoustique par l'air est quantifiable au moyen d'une fonction H et reproductible. En modulant une porteuse ultrasonore selon la fonction inverse H-1 et avec des signaux audio, les signaux audio se retrouvent automatiquement démodulés par l'air qui est présent dans la zone où ils se propagent et qui est définie par la porteuse ultrasonore. Afin que la puissance sonore des signaux audio démodulés soit à peu près constante quelle que soit la taille du passager installé dans une zone de diffusion locale, il a été proposé, notamment dans le document brevet US 2007/0172076, de faire varier cette puissance en fonction de la distance qui sépare le sommet de la tête du passager de l'émetteur. Cette solution est avantageuse, mais elle ne prend pas en considération le fait que les ultrasons peuvent s'avérer dangereux pour le corps humain, et que ce danger est d'autant plus important que la puissance de la porteuse est élevée (ce qui est généralement le cas si l'on souhaite que la puissance des signaux audio démodulés soit suffisante). L'invention a donc pour but d'améliorer la situation. Elle propose à cet effet un dispositif, dédié au contrôle de l'émission localisée de signaux audio dans un habitacle de véhicule automobile, comprenant i) des moyens d'émission chargés d'émettre dans une zone choisie de l'habitacle des ondes ultrasonores résultant d'une modulation d'une porteuse ultrasonore avec des signaux audio devant être écoutés, ii) des moyens de réception chargés de recevoir des ondes ultrasonores réfléchies par un passager situé dans cette zone, et iii) des moyens de mesure chargés d'estimer la distance séparant une partie choisie du passager des moyens d'émission. Ce dispositif de contrôle se caractérise par le fait qu'il comprend en outre des moyens de contrôle chargés de comparer la distance estimée à un premier seuil choisi afin de déterminer une action, relative à l'émission des ondes ultrasonores et destinée à protéger le passager d'effets nocifs de ces dernières, en fonction du résultat de la comparaison, puis d'agir sur les moyens d'émission pour que l'action déterminée soit appliquée. Le dispositif de contrôle selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens de contrôle peuvent être chargés d'interdire aux moyens d'émission d'émettre les ondes ultrasonores lorsque la distance estimée est inférieure ou égale au premier seuil choisi ; - ses moyens de contrôle peuvent être chargés d'ordonner aux moyens d'émission d'émettre les ondes ultrasonores selon une puissance qui est fonction de la distance estimée lorsque cette dernière est inférieure ou égale à un second seuil choisi mais supérieure au premier seuil choisi ; - ses moyens d'émission peuvent comprendre i) des moyens de modulation 1 o chargés de moduler la porteuse ultrasonore avec les signaux audio devant être écoutés afin de délivrer des signaux ultrasonores à diffuser, et ii) un émetteur chargé de transformer les signaux ultrasonores en ondes ultrasonores. Dans ce cas, les moyens de contrôle peuvent être chargés de contrôler le fonctionnement de cet émetteur ; 15 - ses moyens d'émission peuvent comprendre un émetteur, et ses moyens de réception peuvent comprendre un récepteur distinct de cet émetteur. Par exemple, l'émetteur peut entourer le récepteur ; - En variante, ses moyens d'émission et ses moyens de réception peuvent comprendre un émetteur/récepteur commun propre à fonctionner 20 alternativement en émission et en réception. La réception se fait alors pendant des phases de micro-interruption de production des ondes ultrasonores ; - ses moyens de mesure peuvent être chargés de comparer chaque signal ultrasonore émis, à partir duquel est constituée une onde ultrasonore 25 émise par les moyens d'émission, à chaque signal ultrasonore réfléchi, issu d'une onde ultrasonore reçue par les moyens de réception, afin de constituer des paires de signaux ultrasonores émis et réfléchi contenant des signaux audio sensiblement identiques, puis de déterminer un déphasage entre les signaux ultrasonores émis et réfléchi de chaque paire, 30 et enfin d'estimer la distance en fonction du déphasage déterminé pour la paire considérée ; - en variante, ses moyens d'émission peuvent être chargés d'adjoindre à chaque signal ultrasonore, à partir duquel ils constituent une onde ultrasonore émise, un marqueur temporel représentatif de son instant d'émission (te). Dans ce cas, ses moyens de mesure sont chargés, chaque fois qu'ils reçoivent un signal ultrasonore réfléchi, issu d'une onde ultrasonore reçue par ses moyens de réception, de noter son instant de réception (tr), puis d'extraire le marqueur temporel qu'il contient, puis d'effectuer la soustraction entre (tr) et (te), et enfin d'estimer la distance (d) au moyen de la formule d = v*(tr - te)/2, où v est la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'air ; - l'émetteur et/ou le récepteur et/ou l'émetteur/récepteur peu(ven)t être agencé(s) sous la forme d'un élément piézoélectrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un premier exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle selon l'invention, - la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en coupe dans un plan incluant la direction verticale d'un véhicule, les emplacements respectifs des émetteur et récepteur du dispositif de la figure 1 par rapport à la tête d'un passager du véhicule, et - la figure 3 illustre schématiquement et fonctionnellement un second exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle selon l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention a pour but de permettre la diffusion locale de signaux audio choisis dans une zone choisie d'un habitacle (H) de véhicule automobile où se trouve installé un passager (P). On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 pour présenter l'invention en référence à un premier exemple de réalisation non limitatif. L'invention propose d'implanter dans un véhicule (automobile) au moins un dispositif de contrôle D, par exemple du type de l'un de ceux qui sont illustrés sur les figures 1 et 3. Un dispositif de contrôle D, selon l'invention, comprend au moins des moyens d'émission ME, des moyens de réception RC, un module de mesure MM et un module de contrôle MC. Comme illustré sur les figures 1 et 2, les moyens d'émission ME sont chargés d'émettre des ondes ultrasonores OE (très directives) dans une zone choisie Z de l'habitacle H où se trouve implanté un passager P (et notamment sa tête T). Par exemple, chaque zone Z correspond à une place munie d'un siège ou d'une portion de banquette. Ces ondes ultrasonores OE résultent de la modulation, par un modulateur MR (des moyens d'émission ME) et selon une fonction G choisie, d'une porteuse ultrasonore PU avec des signaux audio SA reçus sur une entrée et devant être diffusés dans la zone Z afin d'être écoutés par le passager P. Comme indiqué dans la partie introductive, la fonction de modulation G est la fonction inverse (H-') de la fonction H qui définit (ou quantifie) la déformation reproductible que subit une onde acoustique lorsqu'elle se propage dans un milieu non linéaire tel que l'air. On notera que le modulateur MR délivre sur une sortie un signal ultrasonore SE qui est transformé en une onde ultrasonore OE (très) directive par un émetteur EM que comprennent les moyens d'émission ME. Cet émetteur EM peut par exemple être réalisé sous la forme d'un élément piézoélectrique propre au moins à diffuser des ondes ultrasonores OE dans la zone choisie Z. Par ailleurs, cet émetteur EM peut par exemple être fixé sur la face interne du pavillon du toit du véhicule, sa face d'émission étant orientée vers le bas (c'est-à-dire vers l'intérieur de l'habitacle). Mais, il peut être implanté en d'autres endroits, comme par exemple dans un plafonnier ou un appui-tête. Lorsqu'une onde ultrasonore OE est diffusée par un émetteur EM dans la zone Z correspondante, les signaux audio qui la modulent sont progressivement démodulés par l'air dans lequel ils se propagent. Comme illustré sur la figure 2, ces signaux audio démodulés SAD deviennent alors parfaitement audibles pour le passager P. Les moyens de réception RC sont chargés de recevoir des ondes ultrasonores OR qui résultent de la réflexion des ondes ultrasonores émises OE par une partie du passager P qui est situé dans la zone Z, par exemple sa tête T (bien que d'autres parties puissent être également utilisées pour la réflexion), ou bien par le siège associé à cette zone. Ils transforment les ondes ultrasonores OR reçues en signaux réfléchis SR. Les moyens de réception RC comprennent essentiellement un récepteur qui peut par exemple être réalisé sous la forme d'un élément piézoélectrique propre au moins à convertir des ondes ultrasonores OR en signaux SR qu'il délivre sur une sortie. Par ailleurs, ce récepteur RC est de préférence situé au voisinage immédiat de l'émetteur EM. Ainsi, comme illustré sur la figure 2, l'émetteur EM peut par exemple entourer le récepteur RC. 1 o On notera que dans une variante, illustrée sur la figure 3, les moyens d'émission ME et les moyens de réception RC peuvent comprendre un émetteur/récepteur ER commun destiné à fonctionner alternativement en émission et en réception. Par exemple, on peut prévoir des phases de micro-interruption de production des ondes ultrasonores OE pendant lesquelles 15 l'émetteur/récepteur ER fonctionne exclusivement en tant que récepteur d'ondes ultrasonores réfléchies OR, et donc délivre sur une sortie des signaux réfléchis SR. La durée de chaque micro-interruption est choisie de manière à être parfaitement imperceptible par le passager concerné P. La micro-interruption peut par exemple être obtenue au moyen de 20 signaux inaudibles. Dans ce cas, la durée d'une micro-interruption peut par exemple être fonction de la valeur de la fréquence porteuse utilisée. Lorsque les fréquences porteuses sont comprises entre environ 40 kHz et environ 80 kHz, les signaux sonores audibles exploitent des fréquences allant jusqu'à 20 kHz. Par conséquent, pour ne pas perturber la réception d'un signal continu, 25 les durées des signaux inaudibles de micro-interruption sont au maximum de 0,25 millisecondes, ce qui correspond à l'exploitation de très hautes fréquences. En revanche, si les micro-interruptions sont obtenues au moyen de signaux discontinus (par exemple un bip de recul ou des phrases de guidage), 30 leurs durées peuvent être liées aux exigences fonctionnelles et peuvent aisément atteindre 10 millisecondes. Comme cela est illustré sur la figure 2, le module de mesure MM est chargé d'estimer la distance d qui sépare une partie choisie du passager P, par exemple le sommet de son crâne T, des moyens d'émission ME, et plus précisément de son émetteur EM (ou émetteur/récepteur ER). Toute technique connue de l'homme de l'art peut être utilisée pour estimer la distance d. Ainsi, le module de mesure MM peut par exemple comparer chaque signal ultrasonore émis SE (ou en variante chaque onde ultrasonore OE émise par les moyens d'émission ME) à chaque signal ultrasonore réfléchi SR (ou en variante chaque onde ultrasonore OR reçue par les moyens de réception RC) afin de constituer des paires de signaux ultrasonores émis SE et réfléchi SR contenant des signaux audio sensiblement identiques, puis de déterminer le déphasage entre les signaux ultrasonores émis SE et réfléchi SR de chaque paire, et enfin d'estimer la distance d en fonction du déphasage déterminé pour la paire considérée. On notera que le module de mesure MM déduit d'un déphasage une durée de propagation dans l'air DP (de l'émetteur EM vers le passager, puis du passager vers le récepteur RC), puis qu'il estime la distance d correspondante au moyen de la formule d = v*DP/2, où v est la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'air. Dans une variante, l'estimation de la distance d peut se faire grâce à l'estimation des instants d'émission et de réception des ondes ultrasonores émises OE et reçues OR (après réflexion). Pour ce faire, les moyens d'émission ME peuvent par exemple adjoindre à chaque signal ultrasonore SE devant être transformé en onde ultrasonore OE à diffuser un marqueur temporel qui représente son instant d'émission te. Ainsi, on peut par exemple utiliser une porteuse à 80 kHz que l'on module avec un signal ultrasonore à 40 kHz qui sert de marqueur sous forme de train d'ondes. Dans ce cas, c'est le modulateur qui gère l'insertion du train d'ondes afin de ne pas perturber la démodulation. Chaque fois que le module de mesure MM reçoit un signal ultrasonore réfléchi SR, il note son instant de réception tr, puis en extrait le marqueur temporel qu'il contient et qui représente son instant d'émission te, puis il effectue la soustraction entre tr et te, et enfin estime la distance d au moyen de la formule d = v*(tr - te)/2, où v est la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'air. Le module de contrôle MC est chargé de comparer chaque distance estimée d, qui est délivrée sur une sortie du module de mesure MM, à un premier seuil choisi S1, afin de déterminer une action, relative à l'émission d'au moins l'onde ultrasonore OE suivante et destinée à protéger le passager P d'effets nocifs de ces dernières, en fonction du résultat de la comparaison. Chaque fois que le module de contrôle MC a déterminé une action en fonction du résultat d'une comparaison, il agit sur les moyens d'émission ME pour que cette action déterminée soit appliquée. On notera que le module de mesure MM peut éventuellement faire 1 o partie du module de contrôle MC. Au moins deux types d'action peuvent être envisagés. Par exemple, le module de contrôle MC peut interdire aux moyens d'émission ME (et par exemple à leur émetteur EM) d'émettre les ondes ultrasonores OE lorsque la distance estimée d s'avère inférieure ou égale au 15 premier seuil choisi S1 (c'est-à-dire si d Si). Cette interruption totale d'émission permet d'éviter que le passager P ne soit blessé par les ondes ultrasonores OE du fait que le sommet de son crâne T est situé (momentanément ou durablement) trop près de l'émetteur EM, quelle que soit la puissance d'émission utilisée. 20 On notera que cette interdiction d'émettre peut se faire soit par la transmission d'une instruction spécifique à l'émetteur EM, soit par l'arrêt de l'alimentation électrique de l'émetteur EM, par exemple au moyen d'une commande adressée à un interrupteur (ou commutateur). On peut également agencer le module de contrôle MC de sorte qu'il 25 ordonne aux moyens d'émission ME (et plus précisément à leur émetteur EM) d'émettre au moins l'onde ultrasonore OE suivante selon une puissance qui est fonction de la distance estimée d, lorsque cette dernière s'avère inférieure ou égale à un second seuil choisi S2 mais supérieure au premier seuil choisi S1 (c'est-à-dire si S1 S2, il n'y a, a priori, pas lieu de procéder à une adaptation de la puissance d'émission en fonction de la distance d, car il est alors considéré que les ondes ultrasonores n'ont plus d'effet nocif sur le passager P, pour des puissances d'émission raisonnables. On notera que cette adaptation de puissance peut se faire soit par la transmission d'une instruction spécifique à l'émetteur EM, soit par le contrôle de la puissance d'alimentation électrique de l'émetteur EM, par exemple au moyen d'une commande adressée à un variateur. On peut également agencer le module de contrôle MC de sorte qu'il stoppe la modulation sonore et/ou diminue (éventuellement progressivement) la puissance du signal émis dans la zone Z lorsqu'il détecte que la distance d est sensiblement égale à la distance séparant l'émetteur EM d'une zone choisie du siège (par exemple de son assise). Cela peut par exemple permettre de passer dans un mode de veille qui est moins consommateur d'énergie. Dans la description qui précède, on a décrit un exemple de réalisation de dispositif D dans lequel le module de contrôle MC est dédié à une unique zone Z. Mais, on peut envisager une variante dans laquelle le dispositif D comprend plusieurs moyens d'émission et plusieurs moyens de réception implantés dans des zones différentes de l'habitacle du véhicule, mais un unique module de contrôle MC effectuant des comparaisons pour des signaux ultrasoniques réfléchis issus de ces différentes zones. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif de contrôle décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Dispositif (D) de contrôle de l'émission localisée de signaux audio dans un habitacle (H) de véhicule automobile, comprenant i) des moyens d'émission (ME) propres à émettre dans une zone choisie (Z) dudit habitacle (H) des ondes ultrasonores résultant d'une modulation d'une porteuse ultrasonore avec des signaux audio devant être écoutés, ii) des moyens de réception (RC) propres à recevoir des ondes ultrasonores réfléchies par un passager (P) situé dans ladite zone (Z), et iii) des moyens de mesure (MM) agencés pour estimer la distance (d) séparant une partie choisie dudit passager (P) desdits moyens d'émission (ME), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de contrôle (MC) agencés pour comparer ladite distance estimée (d) à un premier seuil choisi (Si) de manière à déterminer une action, relative à l'émission desdites ondes ultrasonores et destinée à protéger ledit passager d'effets nocifs de ces dernières, en fonction du résultat de ladite comparaison, puis pour agir sur lesdits moyens d'émission (ME) pour que ladite action déterminée soit appliquée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés pour interdire auxdits moyens d'émission (ME) d'émettre lesdites ondes ultrasonores lorsque ladite distance estimée (d) est inférieure ou égale audit premier seuil choisi (Si). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés pour ordonner auxdits moyens d'émission (ME) d'émettre lesdites ondes ultrasonores selon une puissance fonction de ladite distance estimée (d) lorsque cette dernière est inférieure ou égale à un second seuil choisi (S2) mais supérieure audit premier seuil choisi (Si). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (ME) comprennent i) des moyens de modulation (MM) agencés pour moduler ladite porteuse ultrasonore avec lesdits signaux audio devant être écoutés de manière à délivrer des signaux ultrasonores à diffuser, et ii) un émetteur (EM, ER) agencé pour transformerlesdits signaux ultrasonores en lesdites ondes ultrasonores, et en ce que lesdits moyens de contrôle (MC) sont agencés pour contrôler le fonctionnement dudit émetteur (EM, ER). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (ME) comprennent un émetteur (EM), et en ce que lesdits moyens de réception (RC) comprennent un récepteur distinct dudit émetteur (EM). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit émetteur (EM) entoure ledit récepteur (RC). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (ME) et lesdits moyens de réception (RC) comprennent un émetteur/récepteur (ER) commun propre à fonctionner alternativement en émission et en réception, ladite réception se faisant pendant des phases de micro-interruption de production desdites ondes ultrasonores. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (MM) sont agencés pour comparer chaque signal ultrasonore, à partir duquel est constituée une onde ultrasonore émise par lesdits moyens d'émission (ME), à chaque signal ultrasonore réfléchi, issu d'une onde ultrasonore reçue par lesdits moyens de réception (RC), de manière à constituer des paires de signaux ultrasonores émis et réfléchi contenant des signaux audio sensiblement identiques, puis pour déterminer un déphasage entre lesdits signaux ultrasonores émis et réfléchi de chaque paire, et enfin pour estimer ladite distance (d) en fonction dudit déphasage déterminé pour la paire considérée. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission (ME) sont agencés pour adjoindre à chaque signal ultrasonore, à partir duquel est constituée une onde ultrasonore émise par lesdits moyens d'émission (ME), un marqueur temporel représentatif de son instant d'émission (te), et en ce que lesdits moyens de mesure (MM) sont agencés, chaque fois qu'ils reçoivent un signal ultrasonore réfléchi, issu d'une onde ultrasonore reçue par lesdits moyens de réception (RC), pour noter son instant de réception (tr), puis pour extraire ledit marqueur temporel qu'ilcontient, puis pour effectuer la soustraction entre (tr) et (te), et enfin pour estimer ladite distance (d) au moyen de la formule d = v*(tr - te)/2, où v est la vitesse de propagation des ondes ultrasonores dans l'air. 10. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que 5 ledit émetteur (EM) et/ou ledit récepteur (RC) et/ou ledit émetteur/récepteur (ER) est/sont agencé(s) sous la forme d'un élément piézoélectrique.