Brevet FR3034928A1 — publié le 20161014

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE TONALITE D'UN SIGNAL SONORE [1] L'invention concerne, de façon générale, le contrôle de tonalité de signaux sonores, c'est-à-dire le contrôle du spectre sonore des signaux - plus ou moins grave ou aigüe - en fonction de réglages effectués par un utilisateur. En particulier, le procédé de contrôle de tonalité selon la présente invention vise le contrôle de tonalité de signaux sonores émis à l'intérieur d'un habitacle de véhicule par un autoradio ou tout système audio. [2] En effet, les systèmes audio aptes à diffuser un signal sonore dans un volume d'écoute, notamment un volume d'écoute fermé tel qu'un habitacle de véhicule, comprennent un certain nombre de possibilités de réglages offertes à l'utilisateur. La possibilité de réglage qui intéresse la présente invention concerne le réglage de la tonalité du signal sonore, c'est-à-dire le réglage du spectre sonore des signaux restitués dans le volume d'écoute. [003] Ainsi, le contrôle de tonalité, comme cela est connu de l'homme du métier, peut être réalisé grâce à des traitements effectués sur le signal sonore avant sa restitution dans le volume d'écoute. [4] Les contrôles utilisés aujourd'hui consistent en des bancs de filtres qui amplifient, respectivement atténuent, certaines bandes de fréquence du signal sonore en fonction des réglages effectués. Cette technique connue présente l'inconvénient que, lors du réglage, il est induit une confusion pour l'auditeur entre l'augmentation, respectivement la diminution, du niveau de l'intensité sonore perçue et la modification de tonalité. Cela conduit à une utilisation abusive de ces contrôles. [5] Par ailleurs, l'utilisation de fonctions particulières de contrôle de tonalité, telles que l'intensité sonore adaptative - loudness adaptatif selon l'expression anglicisée connue de l'homme du métier - ou le contrôle du niveau de rejeu des pistes audio, nécessitent une bonne maîtrise des niveaux sonores perçus afin que la qualité de la restitution du signal sonore soit satisfaisante. [6] II existe donc un besoin pour un procédé de contrôle de tonalité apte à modifier la tonalité d'un signal sonore sans induire les inconvénients précités. Pour cela, la présente invention propose un procédé dont la mise en oeuvre permet d'effectuer un contrôle de 3034928 2 tonalité tout en maintenant un niveau constant d'intensité sonore perçue dans le volume d'écoute. [7] A cet effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore, ledit signal sonore étant perçu à l'intérieur d'un volume d'écoute avec une 5 intensité sonore caractérisée par un indice d'intensité sonore, ledit procédé de contrôle de tonalité comprenant l'application d'un banc de filtres audit signal sonore, ledit banc de filtres comprenant une pluralité de filtres configurés pour amplifier ou atténuer certaines bandes de fréquences dudit signal sonore en fonction de réglages effectués par l'utilisateur. Ledit procédé de contrôle de tonalité selon l'invention se caractérise par le fait 10 qu'il comprend par ailleurs l'application d'un gain à chacun des filtres du banc de filtres, chacun desdits gains étant configurés de telle sorte que l'indice d'intensité sonore du signal sonore perçu dans le volume d'écoute soit, en moyenne, maintenu constant. [8] Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, l'indice d'intensité sonore est une fonction de la pression acoustique quadratique moyenne dans 15 le volume d'écoute. [9] En particulier, lesdits gains, notés Gari, peuvent s'écrire selon l'équation suivante : IS((Pear2)L,R) = IS (10G1 (D .. ear2) L,RSctrl) OÙ IS (Gn ear)2,L,R) représente l'indice d'intensité sonore calculé à partir du spectre de la pression acoustique, (near2,) si- L,R5 et Sari est le spectre du filtre considéré. 20 [0010] L'indice d'intensité sonore peut notamment être le niveau sonore global pondéré du signal sonore dans le volume d'écoute. [0011] Selon un autre mode de réalisation, l'indice d'intensité sonore peut être la sonie du signal sonore dans le volume d'écoute. [0012] Selon un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, ledit 25 procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore, ledit signal sonore ayant un spectre constant par bande de fréquence (bruit rose), est destiné à être mis en oeuvre dans un système audio apte à restituer le signal sonore dans le volume d'écoute, ledit système audio étant caractérisé par une fonction de transfert connue. Lorsque l'indice d'intensité 3034928 3 sonore est un niveau global pondéré, le gain appliqué à chacun des filtres du banc de filtres vérifie l'équation suivante : P EUtiers 2 G ctrl = 10/og10 'G L,R,i P iNtiers 1010 C L,R,i Sctrl,i 1073 OÙ Gari est le gain, i correspond à une bande de fréquence, la bande passante du système audio étant découpée en bandes de fréquence correspondant à des 5 tiers d'octave, et Ntiers étant le nombre de tiers d'octave de la bande passante considérée, Të,L,R,i représente la fonction de transfert correspondant à la réponse en fréquence audionumérique moyenne du système audio, ladite moyenne étant par exemple calculée aux différentes places visées et pour les voies droites et gauche, Pi est une fonction de pondération du spectre (pondération A ou B par 10 exemple), et Sctru est le spectre des filtres appliqués au signal sonore. [0013] Selon une application particulière du procédé selon l'invention, le volume d'écoute est un habitacle de véhicule automobile. [0014] La présente invention vise également un dispositif de contrôle de tonalité d'un signal sonore, comprenant des moyens de réception d'un signal sonore, ainsi que des 15 moyens électroniques pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore tel que brièvement décrit ci-dessus. [0015] La présente invention vise également un système audio pour véhicule automobile, comprenant des moyens de synthèse d'un signal sonore et des moyens de restitution dudit signal sonore à destination d'un volume d'écoute, comportant par ailleurs 20 un dispositif de contrôle de tonalité tel que brièvement décrit ci-dessus. [0016] En outre, la présente invention vise également un véhicule automobile, comprenant un habitacle formant un volume d'écoute et un système audio tel que brièvement décrit ci-dessus. [0017] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de 25 la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : 3034928 4 - figure 1, un graphique montrant un premier exemple de spectre d'un banc de filtres selon l'état de l'art ; - figure 2, un graphique montrant un deuxième exemple de spectre d'un banc de filtres selon l'état de l'art ; 5 - figure 3, un graphique montrant un premier exemple de spectre d'un banc de filtres selon l'invention ; - figure 4, un graphique montrant un deuxième exemple de spectre d'un banc de filtres selon l'invention ; - figure 5, un graphique montrant exemple de fonction de transfert « cible », dans le 10 contexte d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0018] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s'attachent plus particulièrement à une mise en oeuvre du procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon l'invention, en vue d'une application au sein d'un véhicule automobile. Cependant, toute mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type 15 système de restitution d'un signal sonore, est également visée par la présente invention. [0019] La présente invention, comme évoqué précédemment, concerne en premier lieu un procédé de contrôle de tonalité apte à maintenir une intensité sonore perçue constante lorsque des opérations de contrôle de tonalité sont appliquées au signal sonore par un utilisateur agissant sur le système audio chargé de la restitution dudit signal sonore. 20 [0020] Selon l'état de la technique, les contrôles de tonalité sont constitués d'un banc de filtres. Ils sont en général constitués de deux ou trois contrôles permettant d'agir, respectivement, sur le niveau des basses et des aigus ou sur le niveau des basses, des mediums ou des aigus. Dans certains cas, le nombre de ces contrôles peut être augmenté. On parle alors d'égaliseurs graphiques. Néanmoins, l'architecture et le principe 25 de fonctionnement restent les mêmes. [0021] Au coeur de systèmes audio pouvant notamment être installés dans des habitacles de véhicules automobiles, le contrôle de tonalité est généralement effectué en amont de l'amplification et portent sur des signaux sonores, dits « média », issus de la radio, d'un CD, d'un équipement connecté par un port USB ...etc. 3034928 5 [0022] A titre d'exemple, les figures 1 et 2 montrent des spectres de bancs de filtres mis en oeuvre dans l'état de l'art. Ces filtres connus peuvent être de différents types : à la figure 1 est ainsi représenté le spectre d'un filtre « peaking EQ », et à la figure 2 est représenté le spectre d'un filtre « shelf », selon les appellations anglo-saxonnes connues 5 de l'homme du métier. [0023] Les figures 3 et 4 montrent des spectres de bancs de filtres de contrôles de tonalité effectués conformément au procédé selon l'invention. [0024] Comme cela apparaît à l'analyse de ces figures 3 et 4, l'invention consiste à appliquer un gain à chacun des filtres mis en oeuvre sur le signal sonore à traiter, de telle 10 sorte que l'intensité sonore du signal sonore perçu soit constante en moyenne, quel que soit le signal sonore à restituer par le système audio. Pour cela, on fait l'hypothèse, connue de l'homme de l'art, que lesdits signaux sonores ont en moyenne le spectre d'un bruit rose à l'intérieur d'une certaine bande passante. [0025] Ainsi, considérant en particulier la restitution d'un signal sonore à l'intérieur d'un 15 habitacle de véhicule, le procédé de contrôle de tonalité selon l'invention permet qu'a l'intérieur de l'habitacle, l'intensité du signal sonore, tel que perçu dans l'habitacle, soit constante, en moyenne. [0026] Pour atteindre ce résultat, un gain est appliqué à chaque filtre du banc de filtres mis en oeuvre sur le signal sonore à traiter. Ce gain de calibration, ou encore cette 20 correction, s'appuie sur une modélisation de la forme : [0027] (near) (1) si- 2,L,R - eQ,L,e(2 où : (Pear2)L,R représente le spectre de la pression acoustique quadratique moyenne dans le volume d'écoute (soit la moyenne aux places droites et gauches dans un 25 habitacle de véhicule), n L,R représente la fonction de transfert correspondant à la réponse en fréquence audionumérique moyenne du système audio, R2 est le spectre du signal sonore restitué. 3034928 6 [0028] Dans le contexte où un contrôle de tonalité est appliqué au signal sonore, la fonction de transfert devient : [0029] TC,L,R,ctri = n,L,RSctrl (2) Où Sari est le spectre de contrôle appliqué au signal sonore. 5 [0030] Selon l'invention, un indice d'intensité sonore, noté IS(lnear2,)L,R j1 est considéré. .- Cet indice est une grandeur psycho-acoustique pouvant dans tous les cas être reliée à la pression acoustique, mesurable. Cet indice d'intensité sonore forme un indicateur pouvant simplement correspondre à un niveau sonore global en dB(A), tel que défini par la norme 10 CEI 61672-1. Il peut également s'agir d'un indicateur plus complexe comme la sonie, définie par la norme ISO 532, qui quantifie de manière plus fine la perception de l'intensité sonore chez l'être humain. Dans les deux cas, l'indice d'intensité sonore caractérise l'intensité sonore perçue dans le volume d'écoute ; selon l'invention, il doit être, en moyenne, maintenu constant. 15 [0031] Le gain de calibration pour le contrôle de tonalité, noté et -ctrl I appliqué à chaque filtre, est tel que : [0032] IS ((si-n ear2, ) L,R) = IS(actrl(Pear2)L,RSctrl) (3) [0033] Par construction, en liaison avec les équations (1), (2) et (3), l'indice d'intensité sonore dépend à la fois du signal sonore restitué et de la fonction de transfert 20 correspondant à la réponse du système audio. [0034] Or, quel que soit l'indice d'intensité sonore utilisé : D'une part, le signal sonore est représenté par un spectre moyen sur la bande passante du système audio. Le bruit rose, correspondant à un spectre ayant un niveau constant par tiers d'octave, est souvent considéré comme un signal 25 représentatif en moyenne des signaux sonores restitués par des systèmes audio standards. En outre, le signal sonore restitué par un système audio est caractérisé par son niveau sonore numérique exprimé en dBFS, typiquement de l'ordre de - 18 dBFS. 3034928 7 D'autre part, la fonction de transfert, correspondant à la réponse du système audio, est la cible visée pour l'égalisation du signal sonore dans le volume d'écoute. Lorsqu'il existe un filtre physiologique automatique applicable au signal sonore, la fonction de transfert, correspondant à la réponse du système audio, dépend par 5 conséquent du pas de volume choisi par le client ; dans ce cas on choisit la fonction de transfert pour un volume moyen qui sera pris en référence. [0035] Dans ce contexte, la figure 5 montre un exemple de fonction de transfert « cible ». Cette fonction de transfert est exprimée en dB SPL pour un niveau de 0 dBFS dans une bande de fréquence donnée, correspondant, en général, à un tiers d'octave. A titre 10 d'exemple, pour la fréquence 1 kHz, la fonction de transfert audionumérique de la figure 5 vaut 90 dB pour un niveau d'entrée de 0 dBFS. Le niveau par tiers d'octave, pour un bruit rose calibré à -18 dBFS et limité à la bande 40Hz-16kHz (soit 27 tiers d'octave), étant de - 32.3 dBFS, ce signal produit dans le tiers d'octave 1 kHz un niveau de 90 - 32.3 = 57.7 dBSPL. 15 [0036] Ainsi, dans le cas où l'indice d'intensité sonore utilisé est le niveau sonore global obtenu par pondération du spectre du signal sonore, la valeur du gain de calibration à appliquer pour obtenir une intensité sonore perçue constante, ladite intensité sonore étant caractérisée par ledit indice d'intensité sonore, peut être calculée analytiquement en fonction des différents spectres impliqués. 20 [0037] Si on nomme P la fonction de pondération du spectre utilisée, exprimée en dB, l'indice d'intensité sonore caractérisant l'intensité sonore perçue par l'auditeur est : 1) [0038] LP = 10/0g10 (Eit:Ntier VL,R,i,î,210 où l'indice i indique la bande de fréquence décrivant la bande passante découpée en Ntiers tiers d'octave. Selon un mode de réalisation préféré, on utilise en effet 25 des bandes de tiers d'octave, qui présentent l'avantage d'être normalisées. [0039] Dans le cas où le spectre moyen du signal sonore utilisé est un bruit rose, l'expression ci-dessus devient : [0040] LP = LX + 10/0g10 (Eit:mtier V,L,R,i10111)) où LX est niveau sonore par bande de fréquence du signal sonore considéré. 3034928 8 [0041] Lorsqu'on met en oeuvre un contrôle de tonalité, l'intensité sonore perçue devient : Pi [0042] LP - ctri LX + 1010g10 (Eti: ) Ntier Sctrti 107 [0043] Le gain qui permet de maintenir constant le niveau de l'intensité sonore perçue en 5 présence du contrôle de tonalité caractérisé par son spectre (Sadd s'écrit donc, selon l'invention : ri=Ntier [0044] Gari = 1010g1 Mari = LP LPctri = 10/og10 Ld=1 c,L,R,11-011 P- vi=Ntier T-2 ç L-4=1 [0045] L'expression précédente est appliquée indépendamment pour chaque filtre et chaque niveau d'amplification ou d'atténuation de la bande de fréquence filtrée, au prix 10 d'une possible légère imprécision résultant du fait que la fonction de transfert est éventuellement modifiée par la présence d'autres contrôles de tonalité. Cependant, si la même correction est effectuée pour les autres contrôles et que ces contrôles intéressent des bandes de fréquences différentes, alors l'erreur est minime. [0046] Il est à noter par ailleurs que, dans le cas où un indicateur plus complexe tel que 15 la sonie est utilisé, le gain de calibration peut être calculé en résolvant de manière itérative l'équation (3). [0047] En résumé, la présente invention propose un procédé de contrôle de tonalité proposant principalement l'application d'un gain aux filtres mis en oeuvre pour contrôler la tonalité d'un signal sonore en vue de sa restitution par un système audio. Grâce à 20 l'application de ce gain, l'intensité sonore perçue dans le volume d'écoute est, en moyenne, constante. [0048] La présente invention vise également un système audio comprenant des moyens de mise en oeuvre du procédé de contrôle de tonalité selon l'invention, ainsi qu'un véhicule équipé d'un tel système audio. 25 [0049] II est précisé, en outre, que la présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessus et est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art. REVENDICATIONS: 1. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore, ledit signal sonore étant perçu à l'intérieur d'un volume d'écoute avec une intensité sonore caractérisée par un indice d'intensité sonore, ledit procédé de contrôle de tonalité comprenant l'application d'un banc de filtres audit signal sonore, ledit banc de filtres comprenant une pluralité de filtres configurés pour amplifier ou atténuer ledit signal sonore en fonction de réglages effectués par l'utilisateur, caractérisé en ce que ledit procédé de contrôle de tonalité comprend par ailleurs l'application d'un gain à chacun des filtres du banc de filtres, chacun desdits gains étant configurés de telle sorte que l'indice d'intensité sonore du signal sonore perçu dans le volume d'écoute soit, en moyenne, maintenu constant. 2. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice d'intensité sonore est une fonction de la pression acoustique quadratique moyenne dans le volume d'écoute. 3. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits gains vérifient l'équation IS((pear2) ) , L,R, - 1S (1 0 %tOri (ID .. ear2 ) L,RSctrl) OÙ L,R, IS((pear2) ) représente l'indice d'intensité sonore calculé à partir du spectre de la , pression acoustique, ear2,)L,R, - (n ç est le spectre du filtre considéré. si- Pt - 4. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'indice d'intensité sonore est le niveau sonore global pondéré du signal sonore dans le volume d'écoute. 5. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'indice d'intensité sonore est la sonie du signal sonore dans le volume d'écoute. 6. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon l'une des revendications 4 à 5, destiné à être mis en oeuvre dans un système audio apte à restituer le signal sonore dans le volume d'écoute, ledit signal sonore ayant un spectre constant par bande de fréquence, et ledit système audio étant caractérisé par une fonction de transfert 3034928 10 connue, caractérisé en ce que le gain appliqué à chacun des filtres du banc de filtres vérifie l'équation suivante : Pi ) ECtiers -1- 2 G ctrl = 10/og10 'C L,R,i1010 Pi C L,R,iSctrl,i 1073 OÙ Gari est le gain, i correspond à une bande de fréquence, la bande passante du système audio étant découpée en bandes de fréquence correspondant à des tiers 5 d'octave, et Ntiers étant le nombre de tiers d'octave de la bande passante considérée, TC,L,R,i représente la fonction de transfert correspondant à la réponse en fréquence audionumérique moyenne du système audio, Pi est la fonction de pondération du spectre du système audio, et Sctru est le spectre des filtres appliqués au signal sonore. 7. Procédé de contrôle de tonalité d'un signal sonore selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que le volume d'écoute est un habitacle de véhicule automobile. 8. Dispositif de contrôle de tonalité d'un signal sonore, comprenant des moyens de réception d'un signal sonore, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens électroniques pour mettre en oeuvre le procédé de contrôle de tonalité d'un signal 15 sonore selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Système audio pour véhicule automobile, comprenant des moyens de synthèse d'un signal sonore et des moyens de restitution dudit signal sonore à destination d'un volume d'écoute, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de contrôle de tonalité selon la revendication 8. 20 10. Véhicule automobile, comprenant un habitacle formant un volume d'écoute, caractérisé en ce qu'il comprend un système audio selon la revendication 9.