Brevet FR2982404A1 — publié le 20130510

PROCEDE DE REDUCTION DE VIBRATIONS PARASITES D'UN ENVIRONNEMENT D'UN HAUT-PARLEUR PERMETTANT DE CONSERVER LA PERCEPTION DES BASSES FREQUENCES DU SIGNAL A DIFFUSER ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ASSOCIE [01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] Dans le domaine de l'acoustique des véhicules, les vibrations parasites audibles et indésirables des structures (panneaux de portes, feuilles d'étanchéités, tableau de bord) et des divers objets (câbles, visserie) couplés avec les haut-parleurs de façon mécanique et/ou acoustique sont lo appelées « rattling noise » ou « rattle noise », ce qu'on peut traduire par « bruit de grelot » ou « bruit de coup ». Les éléments couplés de manière mécanique et/ou acoustique appartiennent à ce qu'on appelle l'environnement du haut-parleur dans la suite du document. [3] Ce phénomène apparaît principalement quand les haut-parleurs 15 émettent des basses fréquences audibles. Le bruit ressemble à des coups donnés dans les structures, ou à des vibrations de petits objets prisonniers des structures. Habituellement, pour réduire ce bruit, on peut : -découpler mécaniquement les structures et les haut-parleurs, en intercalant des « silent blocs », des pièces de mousses ou des entretoises, 20 - découpler mécaniquement les structures entre elles, en insérant des blocs de mousse ou en réduisant les liens mécaniques aux jonctions, - changer les propriétés mécaniques des structures, raideur masse et frottement, pour déplacer les fréquences de résonnance de certains modes - retirer les objets qui sont mis en vibration par le champ sonore du haut- 25 parleur, et qui peuvent se trouver en contact avec des surfaces et faire du bruit. [04] L'invention concerne un procédé de réduction du `rattle noise' permettant de conserver la perception des basses fréquences du signal à diffuser ainsi que le dispositif de traitement associé. 30 [05] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des appareils de diffusion sonore, tels que les télévisions numériques, les autoradios, ou les lecteurs de type MP3. [6] ETAT DE LA TECHNIQUE [7] Il est connu que les haut-parleurs des appareils de diffusion sonore présentent une capacité de restitution du son limitée. Ainsi, ces appareils restituent généralement mal ou pas du tout les signaux sonores ayant une fréquence située en dessous de leur fréquence de coupure. En effet, lorsqu'un haut-parleur fonctionne dans une certaine bande de fréquences inférieure à sa fréquence de coupure, ce dernier ainsi que l'environnement auquel il est intégré, tel qu'un boîtier, est susceptible d'entrer en vibration, ce qui génère des sons désagréables à l'oreille (le « rattle noise » précité). Cette bande de fréquence est appelée dans ce document « bande fréquentielle vibratoire ». On note également que la fréquence de coupure d'un haut-parleur dépend des caractéristiques intrinsèques du haut-parleur. [8] Une méthode connue pour éviter ce phénomène de vibrations est de supprimer, dans le signal à diffuser, la bande fréquentielle vibratoire engendrant les vibrations non désirées. Toutefois, l'inconvénient d'une telle méthode est qu'elle supprime du contenu basse fréquence de l'oeuvre originale, ce qui en modifie sa perception par l'auditeur. [9] OBJET DE L'INVENTION [10] L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé réduisant ou supprimant les vibrations du haut-parleur tout en permettant de conserver la perception des basses fréquences du signal sonore original. [11] A cet effet, préalablement à la suppression de la bande fréquentielle vibratoire, des harmoniques issues de la partie basse fréquence du signal original sont générées et introduites dans la partie du signal sonore restituable par le haut-parleur. De cette manière, l'auditeur percevra, par reconstruction sonore faite par le cerveau, le son de la partie basse fréquence supprimée. [12] L'invention concerne donc un procédé de réduction de vibrations parasite autour d'un haut-parleur tout en permettant de conserver la perception des basses d'un signal électrique de son, dit signal sonore orignal, destiné à être diffusé après traitement par ledit haut-parleur ayant une fréquence de coupure, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - identifier une bande de fréquences faisant entrer le haut-parleur en vibrations, dite bande fréquentielle vibratoire, - isoler une bande basses fréquences du signal sonore original ayant comme borne haute une fréquence proche de la fréquence de coupure du haut-parleur, - générer au moins un signal d'harmoniques à partir de la bande basses fréquences du signal sonore original isolée, - combiner le signal sonore original et le signal d'harmoniques pour obtenir un signal recombiné, et - supprimer la bande fréquentielle vibratoire du signal recombiné (S6) pour obtenir un signal diffusable par le haut-parleur (HP). [013] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de décaler fréquentiellement des raies du spectre fréquentiel du signal d'harmoniques, de sorte que certaines harmoniques situées en dessous de la fréquence de coupure du haut-parleur sont décalées au-delà de ladite fréquence de coupure du haut-parleur pour une diffusion par le haut-parleur. [014] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de compresser la dynamique de la partie basse fréquence du signal recombiné après en avoir supprimé la bande fréquentielle vibratoire, de manière à augmenter la puissance perçue des raies spectrales du signal recombiné situées autour de la bande fréquentielle vibratoire. [015] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de générer plusieurs signaux d'harmoniques et de combiner les signaux d'harmoniques pour obtenir un signal dit signal global d'harmoniques, ce signal d'harmoniques global étant combiné avec le signal sonore original pour obtenir le signal recombiné. [016] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de générer au moins un signal d'harmoniques à partir d'un signal d'harmoniques préalablement généré à partir de la bande basses fréquences du signal sonore original. [17] Selon une mise en oeuvre, pour générer les harmoniques contenues dans le signal d'harmoniques, le procédé comporte une étape de supprimer ou de redresser temporellement la partie négative du signal de la bande basses fréquences et une étape de suppression de la composante continue ainsi créée. [18] L'invention concerne en outre un dispositif de traitement d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [19] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [020] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [21] Figure 1 : une représentation schématique des blocs fréquentiels du dispositif de traitement selon l'invention ; [22] Figure 2 : une représentation schématique des blocs fréquentiels d'une variante de réalisation du dispositif de traitement selon l'invention suivant laquelle sont générés plusieurs types d'harmoniques ; [23] Figure 3: une représentation schématique du profil du filtre réjecteur utilisé pour extraire la bande fréquentielle vibratoire du signal sonore à diffuser par le haut-parleur. [24] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [25] DESCRIPTION D'UN EXEMPLE DE REALISATION DE 25 L'INVENTION [26] La Figure 1 montre un dispositif 1 réalisant un traitement sur un signal électrique de son dit signal sonore original 51. Le dispositif 1 permet de réduire le phénomène de vibration d'un haut-parleur tout en permettant de conserver la perception des basses fréquences du signal 51. Ce signal 51 peut être par exemple un signal de son droit ou gauche d'un signal stéréophonique. Un traitement analogue est réalisé sur l'autre signal du signal stéréophonique. Le dispositif 1 peut être intégré notamment à une télévision numérique, un autoradio, ou un lecteur de type MP3. [027] A cet effet, le dispositif 1 comporte un ensemble A de blocs fonctionnels assurant la génération et l'introduction d'harmoniques à l'intérieur du signal original S1 à partir d'une partie basse fréquences dudit signal original S1 ainsi qu'un ensemble B de blocs assurant l'extraction de la bande basse fréquence du signal sonore original générant des vibrations du haut-parleur, dite « bande fréquentielle vibratoire ». Cette bande fréquentielle vibratoire est identifiée par l'opérateur en appliquant au haut-parleur un signal à fréquence variable et en identifiant la bande de fréquences pour laquelle il perçoit « à l'oreille » des vibrations de l'environnement du haut-parleur. Alternativement, cette bande fréquentielle vibratoire est identifiée automatiquement au moyen d'un programme de simulation en fonction des caractéristiques intrinsèques du haut-parleur HP. Cette bande vibratoire est située en dessous de la fréquence de coupure fc du haut-parleur. [28] Plus précisément, l'ensemble A comporte un filtre passe-bas FLP1 appliqué au signal original S1 de manière à obtenir un signal S2 sonore original basse fréquence. Dans un exemple, la fréquence de coupure du filtre FLP1 est proche de la fréquence de coupure fc du haut-parleur HP qui est de l'ordre de 100Hz. [29] Le signal S2 est ensuite appliqué en entrée d'un module H1 permettant de générer en sortie un signal S3 d'harmoniques. Les harmoniques contenues dans le signal S3 sont des multiples des fréquences du signal S2 sonore basse fréquence. Dans un exemple, on conserve uniquement les harmoniques de rang 1 et 2. Pour générer ces harmoniques, le module H1 supprime par exemple la partie négative du signal temporel S3 (module H1 dit « Half Wave rectifier » en anglais) ou redresse la partie négative du signal temporel S2 (module H1 dit « Full Wave rectifier »). Par « redresser », on entend multiplier par -1 les valeurs en gain négatives du signal sonore basse fréquence S2 sous forme temporel. Ensuite la composante continue ainsi créée est supprimée à l'aide d'un filtre passe haut dont la fréquence de coupure est très basse (de l'ordre de 20Hz). [030] Le signal S3 est appliqué en entrée d'un module D1 assurant un décalage fréquentiel des raies du spectre fréquentiel du signal 5 d'harmoniques S3, de sorte que certaines harmoniques situées en dessous de la fréquence de coupure fc du haut-parleur HP sont décalées au-delà de ladite fréquence de coupure fc du haut-parleur. A cet effet, la fréquence de chacune des raies spectrales du signal S3 est multipliée par N entier, N valant de préférence 2. On garantit ainsi que la majorité des harmoniques 10 générées seront situées dans la bande de fonctionnement optimale du haut-parleur HP. Au préalable, le signal S3 aura été de préférence égalisé à l'aide du module E1. On rappelle qu'en traitement du son, l'égalisation consiste à atténuer ou à accentuer une ou plusieurs bandes de fréquences composant le signal sonore. 15 [031] Le signal d'harmonique ainsi décalé, référencé S4 sur les figures, est ensuite filtré au moyen d'un filtre passe-bas FLP1 de manière à obtenir un signal S5 dit signal d'harmoniques réduit. Le filtre FLP-1 permet ainsi de supprimer les harmoniques dans la partie haute fréquence du signal S4 inutile à la restitution du signal de basse. Dans un exemple, la fréquence de 20 coupure du filtre passe-bas FLP1 est supérieure à la fréquence de coupure fc du haut-parleur HP. La fréquence de coupure de FLP1 est comprise entre 2*fc et 4*fc ou est exactement égale à une de ces valeurs limites. [32] Après avoir été retardé par un module T à retard et le cas échéant égalisé par le module E2, le signal original S1 est appliqué, avec le signal S5 25 de préférence égalisé par le module E3 en entrée d'un dispositif Cl de combinaison. Dans un exemple, la combinaison des signaux consiste en une addition, échantillons par échantillons des signaux appliqués en entrée du dispositif C1. On note que le retard T appliqué correspond au temps de traitement du signal S1 par les modules FLP1, H1, E1, D1 et FLP'1. Ce 30 retard T est par exemple de l'ordre de 10 échantillons. [33] On obtient en sortie du dispositif Cl un signal S6, dit signal recombiné, traité ensuite par l'ensemble B assurant notamment la suppression de la bande fréquentielle vibratoire du signal sonore à diffuser. [34] Plus précisément, l'ensemble B comporte un filtre passe-haut FHPa et un filtre passe-bas FLPa appliqués au signal S6 de manière à obtenir respectivement un signal S7 recombiné haute fréquence et un signal S8 recombiné basse fréquence. Les fréquences de coupure des filtres FLPa et FHPa sont de préférence identiques. Ces fréquences de coupures sont choisies sont choisies proches à la fréquence de coupure fc du haut-parleur HP. [35] Un filtre réjecteur Frej est appliqué sur le signal S8 recombiné basse fréquence de manière à supprimer la bande fréquentielle vibratoire du signal S8. Ce filtre Frej dont le profil en traits discontinus est montré sur la Figure 3 présente les caractéristiques suivantes : une fréquence centrale f0, un gain d'atténuation H et un coefficient de qualité Q correspondant sensiblement à la largeur de la bande coupée. Ces valeurs sont bien entendu adaptées en fonction de l'amplitude de la bande fréquentielle vibratoire ainsi que de la largeur de cette bande fréquentielle vibratoire. Dans un exemple de réalisation, f0 = 60Hz, H=-12dB, Q = 5 pour un haut-parleur HP ayant une bande fréquentielle vibratoire de l'ordre de 58 à 63Hz. En variante, le filtre réjecteur Frej est remplacé par un filtre passe-haut. [36] Le signal S9 obtenu en sortie du filtre réjecteur Frej est appliqué en entrée d'un module Ll apte à compresser le signal S9. La compression du signal S9 consiste à réduire la dynamique du signal basse fréquence, contenant des harmoniques générées, de manière à en augmenté la puissance perçue. A cet effet, les harmoniques situées autour de la bande fréquentielle vibratoire sont augmentées. Dans un exemple de réalisation, la dynamique du signal basse fréquence est compréssée de 12dB. [37] Le signal S10 compressé obtenu en sortie du module Ll et le signal S7 recombiné haute fréquence sont appliqués en entrée d'un module C2 de combinaison, tel qu'un sommateur. Préalablement à son application en entrée du module C2, le signal S10 est de préférence égalisé à l'aide d'un module E4. Dans un exemple, la combinaison des signaux réalisée par le module C2 consiste, comme pour le module C1, en une addition, échantillons par échantillons des signaux appliqués en entrée du dispositif C2. Le signal sonore Sll obtenu en sortie du module C2 est un signal sonore appliqué en entrée du haut-parleur HP pour sa diffusion. [38] On note que les harmoniques obtenues à partir de la partie basse fréquence du signal S1 et introduites dans le signal sonore vont permettre à l'auditeur de percevoir les sons basses fréquences du signal original malgré la suppression d'une partie de ces sons (la bande fréquentielle vibratoire) tout en évitant la vibration de l'environnement du haut-parleur HP. [39] En variante, le module D1 de décalage fréquentiel peut être positionné en amont du module de génération d'harmonique, comme montré par la flèche pointillée. [40] La Figure 2 montre une réalisation du dispositif de traitement suivant laquelle sont générés plusieurs types d'harmoniques. [41] A cet effet, plusieurs modules Hl-HN associés à des filtres passe-bas FLP1-FLPN sont branchés en parallèle ou en série les uns des autres. Les signaux issus des filtre passe-bas FLP1-FLP4 sont respectivement référencés S2, S2', S2", S2". Les signaux d'harmoniques obtenus en sortie des module H1-H4 sont respectivement référencés S3, S3', S3", SS"... [42] Dans le cas de deux systèmes de génération d'harmoniques H3 et H4 branchés en série, le signal d'harmoniques S3"' du module H4 branché en aval est obtenu à partir du signal d'harmoniques S3" généré par le module H3 branché en amont. [43] Dans le cas où plusieurs systèmes H1 -HN de génération d'harmoniques sont utilisés, les modules H1 -HN mettent de préférence en oeuvre différentes méthodes de génération d'harmoniques ou à tout le moins présentent, pour une même méthode, des paramètres de réglage différents les uns des autres. [44] Les signaux S3, S3', S3", S3- issus des systèmes de génération d'harmoniques H1 -H4 sont appliqués en entrée d'un dispositif C3 de combinaison des signaux tels qu'un sommateur réalisant des opérations d'addition identiques à celles des sommateurs Cl et C2. De préférence, les signaux S3, S3', S3", S3- obtenus en sortie des systèmes H1 -HN de génération d'harmoniques sont égalisés à l'aide de modules E1, E5, E6, E7 préalablement à leur application en entrée du dispositif C3 de combinaison. On obtient en sortie du dispositif C3 un signal S3g dit signal global d'harmoniques. [045] Les étapes de traitement subséquentes effectuées sur le signal S3g obtenu en sortie du dispositif de combinaison C3 sont identiques aux étapes de traitement réalisées sur le signal S3 issu du module H1 de la Figure 1. Autrement dit, mis à part l'augmentation du nombre de modules H1 -HN de génération d'harmoniques, le reste du dispositif 1 demeure inchangé par rapport à celui représenté sur la Figure 1. REVENDICATIONS1. Procédé de réduction de vibrations parasite d'un environnement d'un haut-parleur tout en permettant de conserver la perception des basses d'un signal (S1) électrique de son, dit signal sonore orignal, destiné à être diffusé après traitement par ledit haut-parleur (HP) ayant une fréquence de coupure (fc), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - identifier une bande de fréquences faisant entrer l'environnement du lo haut-parleur (HP) en vibrations, dite bande fréquentielle vibratoire, - isoler une bande (S2) basses fréquences du signal (S1) sonore original ayant comme borne haute une fréquence proche de la fréquence de coupure (fc) du haut-parleur (HP), - générer au moins un signal d'harmoniques (S3) à partir de la bande 15 basses fréquences (S2) du signal (S3) sonore original isolée, - combiner le signal (S2) sonore original et le signal (S4) d'harmoniques pour obtenir un signal recombiné (S6), et - supprimer la bande fréquentielle vibratoire du signal recombiné (S6) pour obtenir un signal diffusable par le haut-parleur (HP). 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de décaler fréquentiellement des raies du spectre fréquentiel du signal d'harmoniques (S3), de sorte que certaines harmoniques situées en dessous de la fréquence de coupure (fc) du haut-parleur (HP) sont décalées 25 au-delà de ladite fréquence de coupure (fc) du haut-parleur (HP) pour une diffusion par le haut-parleur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de compresser la dynamique de la partie basse fréquence 30 du signal recombiné (S6) après en avoir supprimé la bande fréquentielle vibratoire, de manière à augmenter la puissance perçue des raies spectrales du signal recombiné (S6) situées autour de la bande fréquentielle vibratoire. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il 35 comporte l'étape de générer plusieurs signaux (S3, S3', S3", S3-)d'harmoniques et de combiner les signaux d'harmoniques pour obtenir un signal dit signal global d'harmoniques (S3g), ce signal d'harmoniques global (S3g) étant combiné avec le signal sonore original pour obtenir le signal recombiné (S6). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de générer au moins un signal (S3") d'harmoniques à partir d'un signal d'harmoniques (S3") préalablement généré à partir de la bande basses fréquences (S2) du signal sonore original (S1). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que pour générer les harmoniques contenues dans le signal d'harmoniques (S3, S3', S3", S3"), il comporte l'étape de supprimer ou de redresser temporellement la partie négative du signal de la bande basses fréquences et une étape de suppression de la composante continue ainsi créée. 7. Dispositif de traitement d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 6.