Brevet FR2984581A1 — publié le 20130621

L'invention concerne une méthode pour mesurer une distorsion causée par un appareil audionumérique. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une distorsion est une altération d'un signal audio original lors d'une restitution de ce signal par une chaîne de reproduction sonore. Chaque équipement de la chaîne, qu'il soit de type analogique (haut-parleur, amplificateur analogique, etc.), ou numérique (baladeur audionumérique, tablette multimédia, etc.) génère de la distorsion. On distingue différents types de distorsion : distorsion harmonique, distorsion d'amplitude, bruit, distorsion thermique, etc. Les distorsions harmoniques (en particulier les distorsions impaires) sont particulièrement désagréables à l'oreille humaine. Un son pur, d'une fréquence fondamentale donnée, est toujours associé dans le signal audio original à des fréquences harmoniques qui sont des multiples de la fréquence fondamentale. Les distorsions harmoniques sont des fréquences harmoniques présentes dans le signal sonore restitué, provenant non pas du signal audio original mais de la chaîne de reproduction sonore. Il est important de pouvoir les mesurer efficacement pour juger de la qualité d'un équipement audio appartenant à la chaîne de reproduction sonore. Les distorsions harmoniques sont mesurées en évaluant le taux de distorsion harmonique (THD), défini comme le rapport entre, d'une part, la somme quadratique des valeurs efficaces, en courant ou en tension, des fréquences harmoniques et, d'autre part, la valeur efficace, en courant ou en tension, de la fréquence fondamentale. Les distorsions harmoniques peuvent également être mesurées en évaluant des paramètres similaires, comme le facteur de distorsion (DF). Pour un équipement muni d'une entrée analogique, la 35 méthode couramment utilisée pour mesurer le THD ou le DF consiste à injecter dans l'entrée analogique un signal de test de type analogique, par exemple un balayage en fréquence, et à acquérir le signal restitué par l'équipement. Les distorsions harmoniques sont déterminées, fréquence par fréquence, par un analyseur audio relié à l'équipement. Lorsque l'équipement est un appareil audio numérique ne comportant pas d'entrée analogique, cette méthode n'est plus applicable. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer une méthode pour mesurer une distorsion causée par un appareil audionumérique, y compris lorsque cet appareil ne comporte pas d'entrée analogique. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose une méthode pour mesurer une distorsion causée par un appareil audionumérique adapté à lire des signaux audionumériques et à restituer des signaux audio analogiques correspondants. Selon l'invention, la méthode comprend les étapes 20 suivantes : - créer un signal de test original audionumérique comportant des données de synchronisation suivies de données de mesure originales ; - lire le signal de test original au moyen de 25 l'appareil audionumérique, et acquérir un signal audio analogique correspondant restitué par l'appareil ; - numériser ce signal audio analogique correspondant pour obtenir un signal de test 30 reconstitué ; - détecter les données de synchronisation dans le signal de test reconstitué, et en déduire des données de mesure reconstituées ; - calculer la distorsion en comparant les données 35 de mesures reconstituées et les données de mesure originales. Ainsi, pour évaluer l'appareil, on génère un signal de test numérique qui comprend des données de synchronisation ainsi que des données de mesure. Les données de mesure sont l'équivalent numérique du signal 5 analogique utilisé pour caractériser un équipement à entrée analogique. La détection des données de synchronisation par un analyseur audio permet ensuite d'extraire les données de mesure reconstituées de manière à pouvoir les comparer aux données de mesure originales. Comme les données de mesure 10 reconstituées correspondent aux données de mesure originales ayant subi la distorsion, la comparaison permet d'évaluer cette distorsion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui 15 suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 20 - la figure 1 représente schématiquement un ensemble de composants pour la mise en oeuvre de la méthode de l'invention ; - la figure 2 représente le contenu d'un signal de test original audionumérique selon un mode 25 particulier de mise en oeuvre de la méthode de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Pour mesurer une distorsion causée par un appareil audionumérique, la méthode de l'invention comporte les 30 étapes suivantes : - étape 1 : création d'un signal de test original audionumérique ; - étape 2 : lecture du signal de test par l'appareil audionumérique et acquisition d'un signal restitué 35 par l'appareil ; - étape 3 : numérisation du signal restitué ; - étape 4 : reconnaissance et extraction de données ; - étape 5 : calcul de la distorsion. Les étapes 1 à 5 sont décrites en détail ci-après en référence aux figures, dans un mode particulier de mise 5 en oeuvre de l'invention particulièrement adapté à la mesure d'une distorsion harmonique. A l'étape 1, le signal de test original 1 audionumérique est créé par un générateur de signaux numériques 2 visible à la figure 1 et connu en lui-même. Ce 10 signal de test 1, dont le contenu est visible à la figure 2, comporte des données de synchronisation 3 suivies de données de mesure 4. Les données de synchronisation 3 comprennent un bruit rose numérique 5, d'une durée T connue, encadré par 15 deux silences numériques 6a, 6b, de durée T/2. On pourra par exemple choisir T = 1 seconde. Le bruit rose numérique 5 et les silences numériques 6 sont obtenus par : - la génération numérique d'un bruit rose et de silences 20 - la multiplication des signaux obtenus par des fenêtres d'observation de durée T et T/2. Par bruit rose, on entend ici un bruit aléatoire d'une énergie égale par largeur de bande d'octave sur toute la gamme de fréquences audibles (approximativement 20 Hz - 25 20 kHz). Comme on ne sait pas de quelle façon ni sur quelles fréquences l'appareil audionumérique introduit de la distorsion, l'utilisation d'un tel bruit rose permet d'assurer qu'un niveau d'intensité sonore minimum pour un nombre minimum de fréquences sera présent et détectable en 30 sortie de l'appareil audionumérique 8 et ce quelle que soit la bande passante de l'appareil. Par silence, on entend un signal audio de niveau nul. Les données de mesure 4 sont formées d'une succession de plusieurs sons purs numériques 7a, 7b,..., 7n de durée T' 35 connue, chaque son pur numérique étant obtenu par : - la génération numérique d'un son pur de fréquence fondamentale Fl, F2,..., Fn ; - la multiplication du signal obtenu par une fenêtre d'observation de durée T'. Par son pur, on entend un son formé d'une seule 5 fréquence. La distorsion harmonique engendrée par l'appareil audionumérique 8 est calculée, après lecture par l'appareil de ces données de mesure, par une analyse dans le domaine fréquentiel des données de mesure restituées par l'appareil 10 8. Or, la multiplication par la fenêtre d'observation crée des discontinuités aux extrémités de chaque ensemble de données numériques 5, 6a, 6b, 7a,..., 7n. Ceci génère une périodisation artificielle et entraîne, dans les données de 15 synchronisation 3 et dans les données de mesure 4, la superposition de fréquences parasites. Pour limiter au maximum l'influence de ces fréquences parasites, on choisit une fenêtre d'observation qui présente dans le domaine temporel une première phase d'amplification progressive à 20 partir d'un niveau nul, puis une seconde phase d'un niveau fixe et stable, puis une troisième phase d'atténuation progressive jusqu'au niveau nul. Préférentiellement, on utilise une fenêtre de Tukey. A l'étape 2, le signal de test original 1 est tout 25 d'abord lu par l'appareil audionumérique 8. Cet appareil audionumérique 8 comporte au moins un convertisseur numérique analogique 9, un amplificateur 10 et un haut-parleur 11 (interne ou externe). Le convertisseur numérique analogique 9 convertit le signal de test original 1 en un 30 signal analogique qui est amplifié par l'amplificateur 10, puis restitué par le haut-parleur 11. Un microphone 12, situé à proximité du haut-parleur 11 de l'appareil audionumérique 8, acquiert le signal analogique restitué 13 et le transmet à un analyseur audio 14. On s'assure à cette 35 étape que l'acquisition par le microphone 12 se fait en minimisant les distorsions générées par le microphone 12 lui-même, de sorte que les distorsions apportées par l'acquisition soient négligeables par rapport à celles générées par l'appareil audionumérique 8. A l'étape 3, un convertisseur analogique numérique 5 15 de l'analyseur audio 14 numérise le signal analogique restitué 13, pour former un signal de test reconstitué numérique 16. Ce signal de test reconstitué correspond au signal de test original 1 altéré par les distorsions de l'appareil audionumérique 8. 10 A l'étape 4, des moyens d'analyse 17 de l'analyseur audio 14 appliquent une méthode dite d'intercorrélation comprenant les opérations suivantes : - calculer une fonction d'intercorrélation entre les données de synchronisation 3 du signal de test original 15 1 et le signal de test reconstitué 16 à partir d'un temps t = 0 à t = 2T (le temps t = 0 correspond au début de la réception du signal reconstitué), pour tenter de mettre en évidence une corrélation ; - si une corrélation n'est pas mise en évidence, 20 calculer une nouvelle fonction d'intercorrélation entre les données de synchronisation 3 du signal de test original 1 et le signal de test reconstitué d'un temps t = T/2 à t = T/2 + 2T, pour tenter à nouveau de mettre en évidence une corrélation ; 25 - si une corrélation n'est à nouveau pas mise en évidence, réitérer le calcul entre t= 2 x T/2 à t= 2 x T/2 + 2T, puis t = 3 x T/2 à t = 3 x T/2 + 2T, etc., jusqu'à obtenir un maximum de corrélation. Grâce à cette méthode, on parvient à reconnaître 30 tout ou partie des données de synchronisation reconstituées (c'est-à-dire à identifier, dans le signal de test reconstitué, la partie qui correspond à la reconstitution des données de synchronisation), et donc à identifier le début des données de mesures reconstituées. Les bruits purs 35 numériques originaux étant de durée t connue, on peut ainsi associer à chaque bruit de fréquence Fl, F2, ..., Fn, un bruit numérique reconstitué. Enfin, à l'étape 5, les moyens d'analyse calculent le taux de distorsion à partir des valeurs des harmoniques associées aux fréquences Fl, F2, ..., Fn dans les bruits purs 5 reconstitués. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention tel que définie par les revendications. 10 Tout d'abord, même si on a inséré un microphone entre l'appareil audionumérique et l'analyseur audio, il est possible de relier directement l'appareil audionumérique à l'analyseur audio. Le signal analogique restitué traité par l'analyseur est alors de type 15 électrique analogique et non acoustique. On peut prévoir des données de synchronisation dans un format différent de celui proposé plus haut, à condition de conserver des données de durée connue, et qui comportent des caractéristiques qui permettront de les détecter dans 20 le signal restitué par l'appareil audionumérique. On peut par exemple utiliser un bruit blanc à la place du bruit rose, encadrer ce bruit par des silences de durée différente, etc. De même, il est possible de prévoir des données de 25 mesure différentes, éventuellement adaptées à la mesure d'un autre type de distorsion. On pourra enfin choisir d'utiliser une fenêtre d'observation différente (fenêtre de Blackman, Hamming, Hann, etc.) et une méthode d'extraction différente pour 30 reconstituer le signal (méthode homomorphique, etc.). REVENDICATIONS1. Méthode pour mesurer une distorsion causée par un appareil audionumérique (8) adapté à lire des signaux 5 audionumériques et à restituer des signaux audio analogiques correspondants, la méthode comprenant les étapes suivantes : - créer un signal de test original audionumérique (1) comportant des données de synchronisation (3) 10 suivies de données de mesure originales (4) ; - lire le signal de test original (1) au moyen de l'appareil audionumérique (8), et acquérir un signal audio analogique correspondant (13) restitué par l'appareil (8); 15 - numériser ce signal audio analogique correspondant (13) pour obtenir un signal de test reconstitué (16) ; - détecter les données de synchronisation (3) dans le signal de test reconstitué (16), et en déduire des 20 données de mesure reconstituées ; - calculer la distorsion en comparant les données de mesures reconstituées et les données de mesure originales (4). 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle les 25 données de mesure originales (4) sont formées d'une succession d'ensembles de données numériques (7a, 7b,.., 7n), chaque ensemble étant issu de la numérisation d'un signal analogique de fréquence unique. 3. Méthode selon la revendication 2, dans laquelle les 30 signaux analogiques de fréquence unique à l'origine de chaque ensemble (7a, 7b,.., 7n) sont de durée identique. 4. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle les données de synchronisation (3) comprennent des données (5) issues de la numérisation d'un bruit rose. 35 5. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle les données de synchronisation comprennent des données issuesde la numérisation d'un bruit blanc. 6. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle les données de mesure originales (4) sont formées par des ensembles de données numériques (7a, 7b,.., 7n), parmi lesquels un ensemble est obtenu par la multiplication d'un signal numérique par une fonction de fenêtrage. 7. Méthode selon la revendication 6, dans laquelle la fonction de fenêtrage utilise une fenêtre de Tukey. 8. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle la 10 détection des données de synchronisation (3) comprend une opération de calcul d'intercorrélation entre le signal de test original (1) et le signal de test reconstitué (16). 9. Méthode selon la revendication 8, dans laquelle l'opération de calcul d'intercorrélation consiste à : 15 - calculer une fonction d'intercorrélation entre les données de synchronisation (3) de durée 2T du signal de test original (1) et le signal de test reconstitué (16) à partir d'un temps t = 0 à t = 2T, pour tenter de mettre en évidence une 20 corrélation ; - si une corrélation n'est pas mise en évidence, calculer une nouvelle fonction d'intercorrélation entre les données de synchronisation 3 du signal de test original 1 et le signal de test 25 reconstitué d'un temps t = T/2 à t = T /2 + 2T, pour tenter à nouveau de mettre en évidence une corrélation ; - si une corrélation n'est à nouveau pas mise en évidence, réitérer le calcul entre t = 2 x T/2 à 30 t= 2 x T/2 + 2T, puis t= 3 x T/2 à t= 3 x T/2 + 2T, et ainsi de suite jusqu'à obtenir un maximum de corrélation.