Brevet FR3026218A1 — publié le 20160325

DISPOSITIF DE SYNTHESE SONORE DESTINE A LA COLORATION ACTIVE DU BRUIT D'UN MOTEUR DE VEHICULE. Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs de synthèse sonore harmonique pour véhicules. Elle concerne plus précisément de tels dispositifs destinés à la coloration active du bruit du moteur. Arrière-plan de l'invention Les progrès intervenus depuis une vingtaine d'années dans le domaine de l'acoustique automobile ont permis d'agir efficacement contre les sources de bruits à l'intérieur de l'habitacle des véhicules (bruits moteur, bruits de roulement, bruits aérodynamiques ou encore bruits liés à l'excitation de la route). Ces améliorations ayant entrainé une réduction considérable de l'intensité sonore du bruit de fond dans l'habitacle, ont eu également pour conséquence de dépersonnaliser l'ambiance acoustique à l'intérieur de l'habitacle. Afin de donner une signature sonore cohérente avec l'image du véhicule, certains constructeurs automobiles proposent de colorer électroniquement, via des dispositifs de synthèse sonore, le bruit du moteur du véhicule. De tels dispositifs comportent classiquement des moyens de synthèse de sons chargés de synthétiser, en fonction du régime moteur courant du véhicule, un signal de coloration de bruit du moteur destiné à être diffusé par le système audio de ce véhicule. Le signal synthétisé demeure toutefois assez basique puisque pour un régime moteur donné, son timbre demeure toujours identique et ne 30 reflète pas les variations des autres paramètres dynamiques du véhicule. La demande de brevet française FR 2 924 260 décrit un dispositif de synthèse sonore générant un signal synthétisé plus fin. Ce dispositif comporte un module de stockage, un module de synthèse de sons et un module de réception de données (constitué par le calculateur moteur du véhicule) chargé de d'alimenter le module de synthèse de sons en données numériques représentatives du régime moteur courant et du niveau d'enfoncement courant de la pédale d'accélération. Le module de synthèse de sons génère un ensemble d'harmoniques sinusoïdales pondérées chacune par un gain propre et dont la sommation permet d'obtenir un signal numérique synthétisé destiné à coloriser le bruit du moteur du véhicule. La fréquence de chaque harmonique est déterminée par une relation linéaire fonction du régime moteur courant, tandis que son amplitude est déterminée à partir d'un tableau de correspondance propre à chaque harmonique et donnant le gain en fonction du régime moteur courant et du niveau d'enfoncement courant de la pédale d'accélération. Le dispositif produit ainsi des signaux synthétisés dont le timbre varie à la fois en fonction du régime moteur et du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération, ce qui permet d'obtenir une colorisation sonore plus cohérente. Du fait qu'il utilise une multitude de tableaux d'interpolation multi-dimensionnels, ce dispositif a pour principal inconvénient de nécessiter des ressources en mémoire et en calcul particulièrement importantes et souvent incompatibles avec les celles disponibles dans le véhicule. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à proposer un dispositif de synthèse sonore apte à générer un signal de coloration du bruit d'un moteur de véhicule qui soit à la fois performant et adapté aux ressources en mémoire et en calcul des véhicules actuels. Elle propose à cet effet un dispositif de synthèse sonore destiné à la coloration active du bruit d'un moteur de véhicule comportant un module de synthèse de sons ainsi qu'un module de réception de données chargé d'alimenter ledit module de synthèse de sons en données numériques représentatives des valeurs courantes du régime moteur et d'au moins un autre paramètre de fonctionnement dudit véhicule ; ledit module de synthèse de sons comportant un calculateur chargé de générer un ensemble d'harmoniques sinusoïdales pondérées chacune par un gain propre et dont la sommation permet de générer un signal numérique synthétisé de coloration fonction des valeurs courantes du régime moteur et d'au moins un autre dit paramètre de fonctionnement ; caractérisé en ce qu'une sélection d'au moins un groupe prédéterminé d'harmoniques successives est réalisée parmi l'ensemble des dites harmoniques, le gain associé à une harmonique appartenant à un dit groupe étant fonction de la valeur courante dudit régime moteur et d'au moins un autre dit paramètre de fonctionnement dudit véhicule, tandis que le gain associé à une harmonique n'appartenant à aucun dit groupe est uniquement fonction de la valeur courante dudit régime moteur. Du fait que seule une partie du nombre total d'harmoniques voit son gain déterminé en fonction des valeurs courantes de plusieurs paramètres de fonctionnement du véhicule, le dispositif de synthèse sonore selon l'invention permet d'obtenir un signal synthétisé offrant une multitude de variations timbrales à régime moteur constant, tout en étant peu gourmand en ressources mémoire et de calcul de sorte qu'il est parfaitement compatible avec les ressources disponibles dans les véhicules actuels, y compris ceux d'entrée ou de milieu de gamme. Selon des caractéristiques préférées du dispositif de synthèse sonore, prises seules ou en combinaison : - le gain associé à une harmonique appartenant à un dit groupe est fonction des valeurs courantes dudit régime moteur, du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération et de la vitesse dudit véhicule ; - le gain associé à une harmonique n'appartenant à aucun dit groupe est égal à un coefficient d'amplitude donné par un tableau de correspondance monodimensionnel propre à la dite harmonique en fonction de la valeur courante dudit régime moteur ; - le gain associé à une harmonique appartenant à un dit groupe est égal à la somme dudit coefficient d'amplitude et d'un coefficient d'amplitude complémentaire pondéré par un facteur d'échelle dynamique ; - ledit coefficient d'amplitude complémentaire est donné par un tableau de correspondance monodimensionnel propre à cette harmonique et fonction uniquement de la valeur courante du régime moteur ; - ledit facteur d'échelle dynamique est donné par un tableau 10 de correspondance bidimensionnel propre à cette harmonique et fonction des valeurs courantes du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération et de la vitesse dudit véhicule ; - ledit facteur d'échelle dynamique est égal au produit de deux sous-facteurs donnés par deux tableaux de correspondance 15 propres à cette harmonique et fonction chacun respectivement de la valeur courante du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération et de la valeur courante de la vitesse dudit véhicule ; - lesdits groupes d'harmoniques successives sont sélectionnés en fonction de leur impact sur l'apparition de certains caractères 20 timbraux tels que la rugosité, la rondeur, la sportivité ou encore le clinquant ; - la fréquence de chaque harmonique est modulée très légèrement autour de sa valeur nominale ; et/ou - ladite modulation est donnée par une fonction périodique 25 basse fréquence ou par l'intermédiaire d'un tableau de correspondance. Brève description des dessins L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre 30 illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure unique représente un schéma fonctionnel d'un dispositif de synthèse sonore selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation En référence à la figure 1, le dispositif de synthèse sonore 1 selon l'invention comporte un module de stockage 10, un module de synthèse de sons 20 et un module de réception de données 30 chargé d'alimenter le module de synthèse de sons en données numériques représentatives du régime moteur courant et du niveau d'enfoncement courant de la pédale d'accélération. Le module de réception de données 30 est constitué de préférence par le calculateur moteur du véhicule du fait que ce dernier doit suivre l'évolution d'un certain nombre de paramètres dynamiques du véhicule (notamment la vitesse instantanée, le régime moteur et le niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération) pour assurer le contrôle du moteur. Les valeurs courantes de ces différents paramètres peuvent ainsi être transmises directement et sous forme numérique au module de synthèse de sons par ce calculateur moteur sans engendrer de surcoûts de traitement. En variante, le module de réception de données 30 est relié à une pluralité d'organes et de capteurs du véhicule lui transmettant à intervalle prédéterminé (compris de préférence entre 10 et 20 ms) les valeurs courantes de certains paramètres dynamiques du véhicule. Ces données analogiques sont alors converties numériquement afin de permettre leur exploitation par le module de synthèse de sons 20. Le module de stockage 10 comprend de la mémoire vive et de la 25 mémoire non volatile de type EEPROM ou FLASH qui stocke une multitude de tableaux de correspondance 11, 12, 13 permettant le traitement de certaines des données d'entrée transmises par le module de réception de données 30. Chaque tableau de correspondance 11, propre à une harmonique 30 spécifique i (i allant de 1 à I) donne une valeur d'un coefficient d'amplitude A, en fonction de la valeur courante du régime moteur (Rm). Ainsi, par exemple pour un nombre total d'harmoniques I égal à 50, le module de stockage 10 contiendra 50 tableaux de correspondance monodimensionnels 11. Chaque tableau de correspondance 12, propre à un groupe Ek (k allant de 1 à K) d'harmoniques successives j (j allant de Ja à Jb ; avec par exemple pour un premier groupe E1 : Ja= 5 et Jb= 8, et pour un deuxième groupe E2 : Ja= 15 et Jb= 19), donne une valeur d'un coefficient d'amplitude complémentaire Ak en fonction de la valeur courante du régime moteur (Rm). Ainsi, par exemple pour un nombre total de groupes K égal à 5, le module de stockage 10 contiendra 6 tableaux de correspondance monodimensionnels 12. Chaque tableau de correspondance 13, propre également à un groupe Ek d'harmoniques successives FJ, donne une valeur d'un facteur d'échelle dynamique Sk en fonction des valeurs courantes du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la vitesse du véhicule (V). Ainsi, par exemple pour un nombre total de groupes K égal à 5, le module de stockage 10 contiendra donc seulement 5 tableaux de correspondance bidimensionnels 13. D'une manière générale et du fait du nombre restreint de tableaux bidimentionnels au regard du nombre total d'harmoniques, les ressources mémoire demandées par le dispositif de synthèse sonore 1 selon l'invention demeurent particulièrement raisonnables et compatibles avec celles actuellement disponibles dans les véhicules. L'ensemble des tableaux de correspondance 11, 12, 13 stockés dans le module 10 sont propres à une motorisation donnée d'un modèle de véhicule spécifique : les valeurs contenues dans ces tableaux étant déterminées de manière empirique à la suite de tests réalisés en 30 laboratoire. Le module de synthèse de sons 20 est chargé de générer, via un calculateur 21, un ensemble d'harmoniques sinusoïdales pondérées chacune par un gain propre et dont la sommation permet d'obtenir un signal numérique synthétisé S destiné à coloriser le bruit du moteur du véhicule. Ce signal synthétisé est ainsi défini par la formule suivante : S =1Gi sin(2n- Fi t) où F, et G, correspondent respectivement à la fréquence et au gain courants de l'harmonique d'indice i Le calculateur 21 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. La fréquence F, de chacune des harmoniques i est déterminée par une fonction linéaire du régime moteur courant Rm du véhicule, définie par la formule suivante : Rm Fi - - i C où C est une constante prédéterminée en fonction des caractéristiques du moteur et notamment du nombre de cylindres qu'il comporte. Le gain G, de chacune des harmoniques i est quant à lui déterminé à l'aide des tableaux de correspondance 11, 12, 13 stockés en mémoire dans le module 10, la méthode de calcul utilisée pour obtenir ce gain différant selon que l'harmonique appartient ou non à l'un des groupes d'harmoniques Ek- Pour une harmonique i n'appartenant pas à l'un de ces groupes Ek, le gain associé G, est égal au coefficient d'amplitude A, donné par le tableau de correspondance 11 propre à cette harmonique et fonction uniquement de la valeur courante du régime moteur (Rm). Pour une harmonique i appartenant à l'un de ces groupes Ek, le gain associé G, est obtenu par la formule suivante : G, = A, + (Ak* Sk), avec - Ak qui correspond au coefficient d'amplitude complémentaire donné par le tableau de correspondance 12 propre à cette harmonique et fonction uniquement de la valeur courante du régime moteur (Rm) ; et - Sk qui au correspond au facteur d'échelle dynamique donné par le tableau de correspondance 13 propre à cette harmonique et fonction des valeurs courantes du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la vitesse du véhicule (V). Les groupes d'harmoniques successives Ek sont sélectionnés en fonction de leur impact sur l'apparition de certains caractères timbraux tels que la rugosité, la rondeur, la sportivité ou encore le clinquant. Ainsi, sur un nombre total d'harmoniques I égal à 50, on 15 sélectionnera par exemple deux groupes El et E2 d'harmoniques successives correspondant respectivement aux harmoniques 5 à 8 et 15 à 19 et associés à deux caractères timbraux spécifiques. Le dispositif de synthèse sonore 1 comporte également un module de mixage 40 chargé d'assurer un contrôle dynamique de l'amplitude du 20 signal synthétisé S en fonction des valeurs courantes de certains paramètres dynamiques du véhicule transmises par le module 30, et de mixer ce signal avec d'autres sources sonores numériques du véhicule. A la sortie de ce module de mixage 40, un convertisseur numérique/analogique 50 permet de convertir le signal numérique mixé 25 en un signal sonore analogique, ce dernier passant ensuite dans un amplificateur analogique 60 avant d'être diffusé dans le véhicule par l'intermédiaire d'un ou plusieurs hauts parleurs 70. L'amplificateur analogique 60 peut par exemple être celui que l'on retrouve classiquement dans tous les équipements de diffusion audio. 30 Selon une variante de réalisation du dispositif de synthèse sonore selon l'invention, le facteur d'échelle dynamique Sk est égal au produit de deux sous-facteurs Ski et Sk2 donnés par deux tableaux de correspondance propres à cette harmonique et fonction chacun respectivement de la valeur courante du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la valeur courante de la vitesse du véhicule (V). Cette variante présente l'avantage d'être encore moins gourmande en ressources mémoire puisqu'elle fait uniquement appel à des tableaux de correspondance monodimensionnels. En contrepartie, le timbre signal sonore synthétisé est légèrement moins nuancé que celui produit par le dispositif de synthèse sonore 10. Selon d'autres variantes de réalisation, la fréquence de chaque harmonique i est modulée très légèrement autour de sa valeur nominale (ce phénomène de modulation étant dénommé habituellement par le terme anglais « jitter »). La fréquence F, de chacune des harmoniques i est alors définie par la formule suivante : Rm Fi = -a;-C' i + 8Fi où .5Fi est donné par une fonction périodique basse fréquence (de 15 type sinus ou autre) ou par l'intermédiaire d'un tableau de correspondance. L'adjonction de ce « jitter » permet d'assurer un meilleur mixage des différentes harmoniques, et d'éviter le phénomène de modulation pouvant apparaitre du fait de combinaisons de phases particulières 20 entre les harmoniques produites par le moteur du véhicule et celles générées par le dispositif de synthèse sonore selon l'invention. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais elle englobe toute variante d'exécution à la portée de l'homme du métier. 25 REVENDICATIONS1. Dispositif de synthèse sonore destiné à la coloration active du bruit d'un moteur de véhicule comportant un module de synthèse de sons (20) ainsi qu'un module de réception de données (30) chargé de d'alimenter le module de synthèse de sons (20) en données numériques représentatives des valeurs courantes du régime moteur (Rm) et d'au moins un autre paramètre de fonctionnement dudit véhicule ; ledit module de synthèse de sons (20) comportant un calculateur (21) chargé de générer un ensemble d'harmoniques sinusoïdales pondérées chacune par un gain propre (G,) et dont la sommation permet de générer un signal numérique synthétisé de coloration (S) fonction des valeurs courantes du régime moteur (Rm) et d'au moins un autre dit paramètre de fonctionnement ; caractérisé en ce qu'une sélection d'au moins un groupe prédéterminé d'harmoniques successives (Ek) est réalisée parmi l'ensemble des dites harmoniques, le gain (G,) associé à une harmonique appartenant à un dit groupe (Ek) étant fonction de la valeur courante dudit régime moteur (Rm) et d'au moins un autre dit paramètre de fonctionnement dudit véhicule, tandis que le gain (G,) associé à une harmonique n'appartenant à aucun dit groupe (Ek) est uniquement fonction de la valeur courante dudit régime moteur (Rm). 2. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gain (G,) associé à une harmonique appartenant à un dit groupe (Ek) est fonction des valeurs courantes dudit régime moteur (Rm), du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la vitesse (V) dudit véhicule. 3. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gain (G,) associé à une harmonique n'appartenant à aucun dit groupe (Ek) est égal à un coefficient d'amplitude (Ai) donné par un tableau de correspondancemonodimensionnel (11) propre à la dite harmonique en fonction de la valeur courante dudit régime moteur (Rm). 4. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gain (G,) associé à une harmonique appartenant à un dit groupe (Ek) est égal à la somme dudit coefficient d'amplitude (Ai) et d'un coefficient d'amplitude complémentaire (Ak) pondéré par un facteur d'échelle dynamique (Sk). 5. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit coefficient d'amplitude complémentaire (Ak) est donné par un tableau de correspondance monodimensionnel (12) propre à cette harmonique et fonction uniquement de la valeur courante du régime moteur (Rm). 6. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit facteur d'échelle dynamique (Sk) est donné par un tableau de correspondance bidimensionnel (13) propre à cette harmonique et fonction des valeurs courantes du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la vitesse (V) dudit véhicule. 7. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit facteur d'échelle dynamique (Sk) est égal au produit de deux sous-facteurs (Ski, Sk2) donnés par deux tableaux de correspondance propres à cette harmonique et fonction chacun respectivement de la valeur courante du niveau d'enfoncement de la pédale d'accélération (P) et de la valeur courante de la vitesse (V) dudit véhicule. 8. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits groupes d'harmoniques successives (Ek) sont sélectionnés en fonction de leur impact sur l'apparition de certains caractères timbraux tels que la rugosité, la rondeur, la sportivité ou encore le clinquant. 9. Dispositif de synthèse sonore selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la fréquence de chaque harmonique est modulée très légèrement autour de sa valeur nominale. 10. Dispositif de synthèse sonore selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite modulation est donnée par une fonction périodique basse fréquence ou par l'intermédiaire d'un tableau de correspondance.5