Brevet FR2982699A1 — publié le 20130517

Titre de l'invention DISPOSITIF DE SYNTHESE SONORE POUR UN VEHICULE, EN PARTICULIER UN VEHICULE HYBRIDE OU ELECTRIQUE. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de synthèse sonore pour véhicules. Elle concerne plus précisément les dispositifs prévus pour la sonification des véhicules « silencieux » tels que les véhicules hybrides ou électriques. Arrière-plan de l'invention Le développement récent du parc automobile des véhicules à propulsion électrique, qu'il s'agisse de véhicules hybrides ou tout électrique, a mis en lumière le danger potentiel causé par ces véhicules « silencieux » à l'encontre des piétons et des cyclistes qui ne les entendent pas forcément arriver. Des études récentes ont ainsi démontré que les véhicules hybrides présentent un risque deux fois plus important de collision avec les piétons et les vélos que les voitures à moteur thermique lors des phases de propulsion entièrement électrique. Prochainement, des réglementations gouvernementales vont d'ailleurs imposer aux constructeurs automobiles d'adjoindre à ces véhicules « silencieux », des systèmes de génération de sons extérieurs rappelant le bruit d'une machine en mouvement. De nombreux dispositifs électronique de synthèse sonore additive ayant pour objectif de colorer le bruit généré par le moteur dans l'habitacle d'un véhicule ont déjà été développés par le passé. On connaît ainsi de la demande GB 2 354 872, un tel dispositif de sonification intérieure comportant des moyens de génération, à partir d'une voie de synthèse, d'un signal sonore se rapprochant du référentiel acoustique d'un moteur thermique. L'amplitude et la fréquence du signal généré sont recalculées en temps réel en fonction de l'évolution de deux paramètres dynamiques du véhicule que sont la vitesse et la position de la pédale d'accélération. On connaît également de la demande FR 2 924 260, un autre dispositif de sonification intérieure basé sur de la synthèse sonore multisinus additive dont l'amplitude et la fréquence du signal généré sont recalculées en temps réel en fonction de l'évolution du régime moteur et de celle de la position de la pédale d'accélération. Toutefois, ce type de dispositif ne permet pas de reproduire les légères variations de niveau sonore que l'on retrouve dans tout moteur thermique même lorsque le régime moteur et la vitesse sont stationnaires. Ces variations qui sont dues au caractère temporel discret des explosions successives se produisant dans un moteur thermique, constituent pourtant l'une des caractéristiques essentielles de l'empreinte acoustique associée par les piétons et cyclistes à ce type de moteurs. L'absence de ces repères dans le bruit généré par les dispositifs de synthèse sonore actuels entraine une augmentation du délai de perception du comportement dynamique du véhicule par les piétons et les cyclistes (accélération, décélération, sens de marche...) qui est préjudiciable à leur sécurité. Les dispositifs actuels ne sont donc pas adaptés à une utilisation pour de la sonification extérieure de sécurité. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à proposer un dispositif de synthèse sonore dont le signal sonore généré est plus fidèle au référentiel acoustique d'un véhicule automobile à moteur thermique. Elle propose à cet effet, un dispositif de synthèse sonore pour un véhicule, en particulier un véhicule automobile hybride ou électrique, comportant des moyens de génération à partir d'au moins une voie de synthèse, d'un signal sonore se rapprochant du référentiel acoustique d'un moteur thermique, les caractéristiques dudit signal évoluant en temps réel en fonction de l'évolution d'au moins un paramètre dynamique dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur numérique de gain apte à faire varier en permanence l'amplitude d'au moins une dite voie de synthèse en fonction d'un signal modulant basse fréquence. Le modulateur numérique de gain introduit ainsi un effet permanent de modulation d'amplitude qui se retrouve sur le signal sonore généré par le dispositif de synthèse sonore, de sorte que le niveau sonore n'est jamais contant, même dans des conditions où le régime moteur du véhicule et la vitesse sont stationnaires. Cet effet retranscrit ainsi les légères fluctuations permanentes du niveau sonore généré par tout moteur thermique à cause du caractère temporel discret des explosions successives. Grâce à la présence de cette signature acoustique caractéristique de ce type de moteur, les personnes situées à l'extérieur du véhicule identifient ainsi plus rapidement le véhicule dans leur environnement et adaptent leur comportement en conséquence, ce qui contribue à diminuer les risques d'accident. Selon des caractéristiques préférées du dispositif, prises seules ou en combinaison : - l'amplitude et la période dudit signal modulant sont des constantes pré-enregistrées dans une mémoire de stockage ; - l'amplitude et la période dudit signal modulant varient en temps réel en fonction de l'évolution d'au moins un paramètre dynamique dudit véhicule ; - l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées en temps réel par un calculateur en fonction de la vitesse dudit véhicule ; - l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées 25 en temps réel par ledit calculateur selon des formules mathématiques dont la vitesse dudit véhicule constitue l'unique variable ; - l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées en temps réel par ledit calculateur (60) à partir d'un tableau de 30 correspondance pré-enregistré dans une mémoire de stockage ; - ledit dispositif comporte plusieurs voies de synthèse, chaque dite voie comportant des moyens de contrôle de l'amplitude et des moyens de contrôle de la vitesse de lecture ; - lesdits moyens de contrôle de l'amplitude comportent chacun un amplificateur numérique ; - ledit dispositif comporte en outre un module de mixage pour mixer l'ensemble des dites voies de synthèse ; - ledit modulateur numérique de gain est disposé en amont dudit module de mixage au niveau deudit amplificateur numérique de l'une des dites voies de synthèse ; et/ou - ledit modulateur numérique de gain est disposé en bout de la chaine de synthèse sonore, juste en amont d'un convertisseur numérique/analogique agencé pour convertir le signal numérique sortant dudit modulateur numérique en un signal analogique. Brève description du dessin L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence au dessin annexé, sur lequel l'unique figure représente un diagramme synoptique d'un dispositif de synthèse sonore pour véhicule selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation Le dispositif 1 illustré sur la figure 1 est un dispositif de synthèse sonore numérique par échantillons embarqué dans un véhicule automobile « silencieux », et apte à générer et diffuser un signal sonore à l'extérieur de ce véhicule qui se rapproche du référentiel acoustique d'un moteur thermique. Le dispositif 1 comporte quatre voies de synthèse audio 10, 20, 30 et 40, alimentées chacune par un échantillon sonore source respectif 11, 21, 31 et 41 stocké dans une mémoire non représentée sur la figure 1. Chaque voie 10, 20, 30, 40 comporte un premier module de contrôle numérique 12, 22, 32, 42 qui détermine et applique en temps réel une consigne courante de vitesse de lecture (ou « pitch ») à son échantillon respectif 11, 21, 31, 41 en fonction de certains paramètres dynamiques du véhicule tels que la vitesse, la position de la pédale d'accélération ou le régime moteur du véhicule. Chaque voie 10, 20, 30, 40 comporte également un deuxième module de contrôle numérique 13, 23, 33, 43 muni d'un amplificateur numérique qui détermine et applique en temps réel une consigne courante de gain d'amplitude à son échantillon respectif 11, 21, 31, 41 en fonction de ces mêmes paramètres dynamiques du véhicule. Les modules de contrôle numériques 12, 13, 22, 23, 32, 33, 42 et 43 sont reliés à un calculateur électronique 60 muni d'une mémoire dans laquelle est stockée une cartographie sonore, c'est-à-dire un tableau de correspondance entre les données d'entrée représentatives des paramètres dynamiques du véhicule que ce calculateur reçoit en temps réel sous forme numérisée et celles de sortie représentatives des valeurs de gain d'amplitude sonore et de « pitch » que vont appliquer les modules de contrôle numériques aux échantillons 11, 21, 31 et 41. Le calculateur peut par exemple être constitué par un microprocesseur de type DSP (« Digital Signal Processing ») ayant une fréquence de fonctionnement minimale de l'ordre du MHz afin d'être capable de pouvoir réaliser suffisamment d'opération dans la base de temps du son dont la fréquence maximale audible est de l'ordre de 20 kHZ. A la sortie de leur deuxième module de contrôle respectif 13, 23, 33, 43, les quatre voies de synthèse 10, 20, 30, 40 sont mixées dans un module de mixage 50 puis pénètrent dans un modulateur de gain 70 comportant un amplificateur numérique apte à moduler en permanence leurs amplitudes selon un signal sinusoïdal basse fréquence. L'amplitude AO et la période TO de ce signal modulant sont déterminées en temps réel par le modulateur de gain 70, en fonction d'un ou plusieurs paramètres dynamiques du véhicule tels que sa vitesse, la position de sa pédale d'accélération, son régime moteur et/ou le rapport de boîte sélectionné. De préférence et afin de limiter les ressources mémoire utilisées, l'amplitude AO et la période TO sont déterminées en fonction de l'évolution du seul paramètre vitesse du véhicule. Le modulateur de gain 70 est relié au calculateur électronique 60 dont la cartographie sonore stockée en mémoire comporte également un tableau de correspondance entre les données d'entrée représentatives de la vitesse du véhicule que ce calculateur 60 reçoit en temps réel sous forme numérisée et celles de sortie représentatives des valeurs AO et TO caractérisant le signal sinusoïdal de modulation basse fréquence. Ce modulateur de gain 70 en introduisant un effet supplémentaire de modulation d'amplitude permanent autour des consignes d'amplitudes courantes déterminées par les modules de contrôle numérique 13, 23, 33, 43, permet de retranscrire les légères fluctuations de niveau sonore qui se produisent inévitablement dans tout moteur thermique du fait du caractère temporel discret des explosions successives, et ce même dans des conditions où le régime moteur du véhicule et la vitesse sont stationnaires. A la sortie du modulateur de gain 70, le signal numérique est converti en un signal sonore analogique par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique/analogique 80. Le volume sonore de ce signal analogique peut être ensuite ajusté par le conducteur du véhicule grâce à un amplificateur analogique 90 avant d'être diffusé à l'extérieur du véhicule par l'intermédiaire d'un ou plusieurs hauts parleurs 100. L'amplificateur analogique 90 peut par exemple être celui que l'on retrouve classiquement dans tous les équipements de diffusion audio. Selon une variante non représentée de l'invention, l'amplitude AO et la période TO du signal modulant sont des constantes préenregistrées dans la mémoire de stockage du calculateur. Dans ce cas, le signal modulant présente les mêmes caractéristiques quelques soient les paramètres dynamiques du véhicule. Selon une autre variante non représentée, l'amplitude AO et la période TO du signal modulant sont calculées en temps réel par le calculateur selon des formules mathématiques dont la vitesse du véhicule constitue l'unique variable. Ces fonctions peuvent notamment prendre la forme suivante : TO = 0 / V + 00 AO = x V + co0 où V représente la valeur instantanée de la vitesse reçue par le calculateur et où 0, 00, co et co0 sont des constantes. L'avantage de cette solution est de permettre de préserver l'effet dynamique de la modulation d'amplitude tout en limitant la ressource mémoire nécessaire puisque seules les constantes des fonctions doivent être stockées dans la cartographie sonore. En contrepartie, cette solution demande une puissance de calcul supérieure puisque le calculateur doit effectuer en temps réel un nombre d'opérations bien plus important. Selon encore une autre variante non représentée, l'amplitude AO et la période TO du signal modulant sont calculées en temps réel par le calculateur en fonction de la vitesse du véhicule et du rapport de boîte sélectionné. Cette solution permet notamment de prendre en considération le fait que le phénomène de fluctuation du niveau sonore du moteur thermique à régime moteur et vitesse stationnaires, est plus important en amplitude mais moins en fréquence lorsque le véhicule se trouve en marche arrière. Selon encore d'autres variantes non représentées : - le nombre de voies de synthèse est différent de quatre, par exemple égal à un, deux, trois, cinq ou plus ; et - le modulateur numérique de gain est disposé en amont du module de mixage au niveau de l'amplificateur numérique de l'une des voies de synthèse. La présente invention peut également être appliquée à un dispositif de synthèse sonore granulaire dans lequel le signal sonore est déterminé à partir de différents fragments d'un seul échantillon sonore joués successivement. Elle peut également être mise en oeuvre dans le cadre d'un dispositif de synthèse sonore additive pour la sonorisation intérieure d'un véhicule. Enfin, l'invention n'est pas limitée à une utilisation dans un véhicule automobile mais elle concerne tout type de véhicule comportant au moins un habitacle dans lequel peuvent être logées des personnes.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de synthèse sonore pour un véhicule, en particulier un véhicule automobile hybride ou électrique, comportant des moyens de génération à partir d'au moins une voie de synthèse (10, 20, 30, 40) d'un signal sonore se rapprochant du référentiel acoustique d'un moteur thermique, les caractéristiques dudit signal évoluant en temps réel en fonction de l'évolution d'au moins un paramètre dynamique dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur numérique de gain (70) apte à faire varier en permanence l'amplitude d'au moins une dite voie de synthèse (10, 20, 30, 40) en fonction d'un signal modulant basse fréquence. 2. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude et la période dudit signal modulant sont des constantes pré-enregistrées dans une mémoire de stockage. 3. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude et la période dudit signal modulant varient en temps réel en fonction de l'évolution d'au moins un paramètre dynamique dudit véhicule. 4. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées en temps réel par un calculateur (60) en fonction de la vitesse dudit véhicule. 5. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées en temps réel par ledit calculateur (60) selon des formules mathématiques dont la vitesse dudit véhicule constitue l'unique variable. 6. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'amplitude et la période dudit signal modulant sont déterminées en temps réel par ledit calculateur (60) à partir d'un tableau de correspondance pré-enregistré dans une mémoire de stockage. 7. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs voies de synthèse (10, 20, 30, 40), chaque dite voie (10, 20, 30, 40) comportant des moyens de contrôle de l'amplitude (13, 23, 33, 43) et des moyens de contrôle de la vitesse de lecture (12, 22, 32, 42). 8. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de contrôle de l'amplitude (13, 23, 33, 43) comportent chacun un amplificateur numérique. 9. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un module de mixage (50) pour mixer l'ensemble des dites voies de synthèse (10, 20, 30, 40). 10. Dispositif de synthèse sonore selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit modulateur numérique de gain (70) est disposé en amont dudit module de mixage (50) au niveau dudit amplificateur numérique de l'une des dites voies de synthèse (10, 20, 30, 40). 11. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit modulateur numérique de gain (70) est disposé en bout de la chaine de synthèse sonore, juste en amont d'un convertisseur numérique/analogique (80) agencé pour convertir le signal numérique sortant dudit modulateur numérique (70) en un signal analogique.