Brevet FR3052622A1 — publié le 20171215

Casque acoustique La présente invention concerne un casque acoustique comprenant : - deux modules acoustiques latéraux, chaque module acoustique comprenant au moins un transducteur propre à transmettre un signal sonore. La présente invention concerne également un équipement de tête pour fantassin comprenant un casque lourd et un tel casque acoustique. Il est connu des dispositifs d'enregistrement d'un signal sonore en provenance de l'extérieur d'un casque acoustique et de retransmission après traitement dudit signal sonore, aux oreilles de l'utilisateur. Cependant, avec les signaux sonores retransmis par de tels dispositifs, la provenance du signal sonore extérieur est délicate voire impossible à déterminer, à la différence d'un signal sonore arrivant directement aux oreilles de l'utilisateur. Ceci est alors particulièrement perturbant pour l'utilisateur qui a tendance à perdre ses repères dans l'espace, et l'écoute des signaux sonores retransmis par de tels dispositifs est alors inconfortable pour l'utilisateur. Il existe donc un besoin pour un casque acoustique permettant de retransmettre après traitement, un signal sonore en provenance de l'extérieur d'un casque acoustique, tout en permettant à l'utilisateur de déterminer plus facilement d'où provient le signal sonore extérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un casque acoustique du type précité, dans lequel chaque module acoustique comprend au moins deux microphones configurés pour recevoir un signal sonore, les microphones dudit module acoustique ayant des orientations distinctes les unes des autres, à chaque microphone étant associée une fonction de transfert, et en ce que le casque comprend, en outre, au moins un module de traitement configuré pour calculer pour chaque module acoustique : - pour chaque microphone dudit module acoustique, un produit de convolution d'un signal sonore reçu par ledit microphone avec la fonction de transfert associée audit microphone, et - une combinaison linéaire des produits de convolution calculés pour les microphones dudit module acoustique, au moins un transducteur de chaque module acoustique étant configuré pour générer un signal sonore dépendant de la combinaison linéaire calculée par le module de traitement pour le module acoustique correspondant. 3052622 2 Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le casque acoustique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la fonction de transfert associée à chaque microphone est une fonction de 5 transfert HRTF ; - la fonction de transfert associée à chaque microphone dépend de l'orientation dudit microphone par rapport au module acoustique correspondant ; - au moins un module acoustique comprend deux microphones orientés sensiblement suivant la même direction et selon des sens opposés ; 10 - le transducteur de chaque module acoustique est un transducteur à excitation mécanique, propre à transmettre un signal sonore au nerf auditif par conduction osseuse et/ou solidienne ; - le module de traitement comprend un compresseur configuré pour déterminer un signal intermédiaire à partir de la combinaison linéaire calculée par le module de 15 traitement pour un module acoustique correspondant, en comparant ladite combinaison linéaire calculée à un premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire étant égal à ladite combinaison linéaire lorsque ladite combinaison linéaire est inférieure ou égale au premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire étant fonction de la différence entre ladite combinaison 20 linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé, lorsque ladite combinaison linéaire est strictement supérieure au premier seuil prédéterminé. - lorsque la combinaison linéaire calculée par le module de traitement pour un module acoustique correspondant est strictement supérieure au premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire est égal au ratio de la différence entre la 25 combinaison linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé par rapport à un coefficient de compression ; - le compresseur est configuré pour fonctionner selon un mode parmi au moins deux modes prédéfinis, chaque mode prédéfini correspondant ayant un coefficient de compression respectif, les coefficients de compression étant distincts d'un mode à l'autre ; 30 - le module de traitement comprend, en outre, un limiteur configuré pour déterminer un signal corrigé à partir du signal intermédiaire correspondant déterminé par le compresseur, en comparant ledit signal intermédiaire à un deuxième seuil prédéterminé, le signal sonore généré par chaque transducteur étant égal au signal corrigé correspondant, 35 le signal corrigé déterminé par le limiteur égal audit signal intermédiaire lorsque ledit signal intermédiaire est inférieur ou égal au deuxième seuil prédéterminé, 3052622 3 le signal corrigé déterminé par le limiteur étant égal au deuxième seuil prédéterminé lorsque ledit signal intermédiaire est strictement supérieur au deuxième seuil prédéterminé. L'invention concerne également un équipement de tête pour fantassin comprenant 5 un casque lourd et un casque acoustique tel que défini ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : 10 - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un casque acoustique selon l'invention, et - la figure 2 est une représentation schématique vue de dessus du casque acoustique de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, un casque acoustique 10 comprend deux modules 15 acoustiques latéraux 12, un module de traitement 14 et un arceau 16 de liaison des modules acoustiques 12. Les modules acoustiques 12 sont dits « latéraux » car de tels modules acoustiques 12 sont destinés à être disposés contre les côtés latéraux de la tête de l'utilisateur, également appelés « flancs latéraux du crâne », à proximité des oreilles de 20 l'utilisateur. Chaque module acoustique 12 comprend au moins un transducteur 20 et au moins deux microphones 22. Chaque transducteur 20 est propre à transmettre un signal sonore. Au moins un transducteur 20 est un haut-parleur acoustique classique. 25 En variante, au moins un transducteur 20 est, un transducteur à excitation mécanique, propre à transmettre un signal sonore au nerf auditif par conduction osseuse et/ou solidienne. Lorsque ledit transducteur 20 est un transducteur à conduction osseuse, il est, de préférence, destiné à être disposé en vis-à-vis des os du crâne de l'utilisateur situés dans la zone de l'oreille interne, par exemple, en vis-à-vis de l'os zygomatique 30 et/ou de l'os mastoïde. Lorsque ledit transducteur 20 est un transducteur à conduction solidienne, il est, de préférence, destiné à être disposé en vis-à-vis des os et des cartilages du crâne de l'utilisateur situés dans la zone de l'oreille interne, par exemple au niveau du tragus. Il est entendu par l'expression « conduction osseuse », un phénomène de propagation du son jusqu'à l'oreille interne via les os du crâne. Il est entendu par 35 l'expression « conduction solidienne », un phénomène de propagation du son jusqu'à l'oreille interne via les os du crâne et les cartilages du crâne. 3052622 4 Chaque microphone 22 est configuré pour recevoir un signal sonore. Le signal sonore reçu par chaque microphone 22 est en provenance de l'extérieur du casque acoustique 10, notamment en provenance de l'environnement dans lequel se trouve le casque acoustique 10. Chaque microphone 22 est également appelé « microphone 5 aérien ». Les microphones 22 d'un même module acoustique 12 ont des orientations différentes les unes des autres, c'est-à-dire que les microphones 22 sont orientés suivant des directions distinctes les unes des autres et/ou des sens différents les uns des autres. De préférence, comme visible sur la figure 2, au moins un module acoustique 12 10 comprend deux microphones 22 orientés sensiblement suivant la même direction et selon des sens opposés. Il est entendu par l'expression « deux microphones orientés sensiblement suivant la même direction », que l'écart angulaire entre les directions des deux microphones est alors égal à 180 degrés à plus ou moins 5 degrés près. Par exemple, l'un des microphones 22 est orienté vers l'avant du casque 15 acoustique 10 et l'autre microphone 22 est orienté vers l'arrière du casque acoustique 10. En variante, l'un des microphones 22 est orienté vers le haut du casque acoustique 10 et l'autre microphone 22 est orienté vers le bas du casque acoustique 10. Dans la présente description, les termes « avant », « arrière », « haut » et « bas » sont à interpréter relativement à la position usuelle de la tête de l'utilisateur par rapport au casque 20 acoustique. Chaque microphone 22 est associé à une fonction de transfert. La fonction de transfert associée à chaque microphone 22 est une fonction de transfert HRTF (acronyme de l'anglais Head-Related Transfer Function, traduit en français par Fonction de Transfert Relative à la Tête). Une fonction de transfert HRTF est une fonction de transfert 25 mathématique caractérisant les transformations apportées à un signal sonore par la tête d'un utilisateur, et plus particulièrement par le pavillon de l'oreille et le conduit auditif, permettant à un être humain de repérer la provenance d'un signal sonore. La fonction de transfert HRTF associée à chaque microphone 22 est prédéfinie pour un type d'utilisateur donné. 30 La fonction de transfert HRTF associée à chaque microphone 22 dépend de l'orientation dudit microphone 22 par rapport au module acoustique 12 correspondant. Ainsi, les microphones 22 d'un même module acoustique 12 sont associés à des fonctions de transfert HRTF distinctes d'un microphone à l'autre, puisque de tels microphones 22 ont des orientations distinctes les unes des autres. 35 De préférence, les microphones 22 de modules acoustiques 12 distincts sont associés à des fonctions de transfert HRTF distinctes, et ce quand bien même les 3052622 5 microphones 22 desdits modules acoustiques 12 sont orientés de la même manière. Par exemple, les microphones 22 du module acoustique 12 destinés à être positionnés du côté de l'oreille droite d'un utilisateur sont associés à des fonctions de transfert HRTF spécifiques à l'oreille droite de l'utilisateur et les microphones 22 du module acoustique 12 5 destinés à être positionnés du côté de l'oreille gauche d'un utilisateur sont associés à des fonctions de transfert HRTF spécifiques à l'oreille gauche de l'utilisateur. Cela traduit le fait que lorsque le signal sonore arrive directement aux oreilles de l'utilisateur, les deux oreilles de l'utilisateur n'étant pas forcément rigoureusement symétriques, le signal sonore est susceptible d'être perçu différemment par l'utilisateur en fonction de l'oreille par 10 laquelle le signal sonore est reçu. Dans l'exemple de la figure 2, le module de traitement 14 est intégré dans l'un des modules acoustiques 12, et est en liaison avec le ou les autres modules acoustiques 12. La liaison est, une liaison sans fil ou une liaison filaire portée en partie par l'arceau 16. Dans l'exemple de la figure 2, le module de traitement 14 comprend un processeur 15 24, un compresseur 26 et un limiteur 28. Le processeur 24 est configuré pour calculer, pour chaque microphone 22 de chaque module acoustique 12, un produit de convolution d'un signal sonore reçu par ledit microphone 22 avec la fonction de transfert associée audit microphone 22. Le processeur 24 est, également, configuré pour calculer, pour chaque module 20 acoustique 12, une combinaison linéaire des produits de convolution calculés pour les microphones 22 dudit module acoustique 12. Les coefficients de la combinaison linéaire sont, avantageusement, prédéfinis. Le processeur 24 est, par exemple, un processeur DSP (acronyme de l'anglais Digital Signal Processor traduit en français par Processeur de Signal Numérique). 25 Le compresseur 26 est configuré pour déterminer, pour chaque module acoustique 12, un signal intermédiaire, à partir de la combinaison linéaire calculée par le processeur 24 pour ledit module acoustique 12. Pour cela, le compresseur 26 est configuré pour comparer ladite combinaison linéaire calculée à un premier seuil prédéterminé. Le premier seuil prédéterminé est fixé 30 par l'utilisateur. Par exemple, le premier seuil prédéterminé est choisi en fonction du rapport signal sur bruit du son dans un environnement relativement bruyant de type urbain. Lorsque ladite combinaison linéaire est inférieure ou égale au premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire déterminé par le compresseur 26 est égal à ladite 35 combinaison linéaire. 3052622 6 Lorsque ladite combinaison linéaire est strictement supérieure au premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire déterminé par le compresseur 26 est fonction de la différence entre ladite combinaison linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé. Avantageusement, le signal intermédiaire est égal au ratio de la différence entre la 5 combinaison linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé par rapport à un coefficient de compression. Le coefficient de compression est, avantageusement, prédéterminé. Par exemple, le coefficient de compression est sélectionné en fonction du niveau de compression que l'utilisateur souhaite appliquer au signal sonore extérieur. De préférence, le compresseur 26 est configuré pour fonctionner selon un mode 10 parmi au moins deux modes prédéfinis. Chaque mode prédéfini correspond a un coefficient de compression respectif, les coefficients de compression étant distincts d'un mode à l'autre. Plus le coefficient de compression d'un mode est élevé, plus le signal considéré sera compressé par le compresseur 26 et moins les distances entre les modules acoustiques 12 et la source extérieure émettant un signal sonore sera 15 perceptible par l'utilisateur. Ainsi, dans cet exemple, l'utilisateur dispose de trois options pour compresser ou non le signal. La première option consiste à ne pas activer le compresseur 26, le signal sonore retransmis à l'utilisateur est alors non compressé. L'écoute est donc naturelle permettant à l'utilisateur de percevoir les distances. La deuxième option consiste à activer 20 le compresseur 26 selon son premier mode de fonctionnement. A supposer que le coefficient de compression relatif au premier mode soit relativement faible, le signal sonore retransmis à l'utilisateur sera faiblement compressé de sorte que les sons les plus faibles soient légèrement compressés. La troisième option consiste à activer le compresseur 26 selon son deuxième mode de fonctionnement. A supposer que le 25 coefficient de compression relatif au deuxième mode soit plus élevé que celui relatif au premier mode, le signal sonore retransmis à l'utilisateur sera plus compressé de sorte que les sons les plus faibles soient plus amplifiés et que la perception des distances soit plus réduite. Le mode de fonctionnement du compresseur 26 est, par exemple, choisi par 30 l'utilisateur au moyen d'une molette de sélection, associée au compresseur 26. Le limiteur 28 est configuré pour déterminer un signal corrigé à partir du signal intermédiaire correspondant déterminé par le compresseur 26. Pour cela, le limiteur 28 est configuré pour comparer ledit signal intermédiaire à un deuxième seuil prédéterminé. Le deuxième seuil prédéterminé est fixé par l'utilisateur. Par 35 exemple, le deuxième seuil prédéterminé est choisi en fonction d'un niveau sonore maximal admissible à ne pas dépasser fixé, par exemple, par une réglementation. 3052622 7 Lorsque ledit signal intermédiaire est inférieur ou égal au deuxième seuil prédéterminé, le signal sonore déterminé par le limiteur 28 est égal audit signal intermédiaire. Lorsque ledit signal intermédiaire est strictement supérieur au deuxième seuil 5 prédéterminé, le signal sonore déterminé par le limiteur 28 est égal au deuxième seuil prédéterminé. Le signal sonore généré par chaque transducteur 20 est, avantageusement, égal au signal corrigé correspondant déterminé par le limiteur 28. Le fonctionnement du casque acoustique 10 va maintenant être décrit. 10 Initialement, les microphones 22 de chaque module acoustique 12 reçoivent un signal sonore en provenance de l'extérieur du casque acoustique 10. A partir des signaux sonores reçus, le processeur 24 du module de traitement 14 calcule un produit de convolution entre le signal sonore reçu par chaque microphone 22 et la fonction de transfert associée audit microphone 22. 15 Puis, le processeur 24 calcule, pour chaque module acoustique 12, une combinaison linéaire des produits de convolution calculés pour les microphones 22 dudit module acoustique 12. Ensuite, en cas d'activation du compresseur 26, celui-ci compare la combinaison linéaire calculée pour chaque module acoustique 12 à un premier seuil prédéterminé pour 20 déterminer un signal intermédiaire. Puis, en complément facultatif, le limiteur 28 du module de traitement 14, compare chaque signal intermédiaire déterminé par le compresseur 26 à un deuxième seuil prédéterminé, pour déterminer le signal corrigé, qui doit ensuite être généré par chaque transducteur 20. 25 Le signal corrigé déterminé par le limiteur 28 est alors généré par le transducteur 20 correspondant. Ainsi, le casque acoustique 10 permet de retransmettre après traitement, un signal sonore en provenance de l'extérieur d'un casque acoustique, tout en permettant à l'utilisateur de déterminer plus facilement d'où provient le signal sonore extérieur. 30 En outre, un tel casque acoustique 10 permet, grâce à son compresseur 26 et à son limiteur 28, en complément facultatif, de transmettre des signaux sonores même lointains tout en filtrant les bruits extérieurs dépassants un certain seuil. Les oreilles de l'utilisateur sont donc préservées. De plus, le compresseur 26 permet d'adapter le signal sonore restitué en fonction 35 des souhaits de l'utilisateur et de l'utilisation souhaitée du casque acoustique 10 grâce aux différents modes de fonctionnement du compresseur 26. Un tel casque acoustique 10 3052622 8 est, ainsi, susceptible d'être utilisé par des utilisateurs tels que des snipers, des chasseurs ou encore des personnes dans des centres de tir. Un tel casque acoustique 10 permet, également, de mettre en oeuvre une restitution en « temps réel » du signal sonore depuis l'extérieur vers les oreilles de 5 l'utilisateur. L'homme du métier comprendra que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, ni aux exemples spécifiques de la description. Par exemple, le casque acoustique 10 n'est pas limité à deux modules acoustiques 12 comme illustré sur les figures 1 et 2. Le casque acoustique 10 est 10 susceptible de comprendre un seul module acoustique 12. En outre, chaque module acoustique 12 n'est pas limité à deux microphones 22 et est susceptible de comprendre au moins trois microphones 22, de préférence une pluralité de paires de microphones 22. De manière similaire, chaque module acoustique 12 n'est pas limité à un seul 15 transducteur 20, et est susceptible de comprendre une pluralité de transducteurs 20. En outre, dans l'exemple des figures 1 et 2, le module de traitement 14 est intégré dans l'un des modules acoustiques 12, et est en liaison avec le ou les autres modules acoustiques 12. Cependant, l'homme du métier comprendra qu'en variante, le module de traitement 14 est susceptible d'être déporté à distance de chacun des modules 20 acoustiques 12 du casque acoustique 10, en étant, par exemple, intégré dans un boîtier indépendant des modules acoustiques 12 et en liaison avec chacun des modules acoustiques 12. Encore en variante, chaque module acoustique 12 comprend un module de traitement 14 qui lui est propre et chaque module de traitement 14 et intégré à un module 12 respectif. 25 En outre, selon un complément facultatif, le casque 10 comprend une coque pour chaque module acoustique 12 et des coussinets pour chaque coque, les coussinets étant destinés à être en appui contre le crâne de l'utilisateur. Les microphones aériens 22 de chaque module acoustique 12 étant disposés sur la coque dudit module acoustique 12. Chaque coque est mobile par rapport à son coussinet, permettant, ainsi, de modifier 30 l'orientation des microphones 22 disposés sur ladite coque. Par exemple, une paire de microphones 22 initialement orientés respectivement vers l'avant et l'arrière du casque 10 sera ainsi orientable respectivement vers le haut et le bas du casque 10, en effectuant une rotation de la coque correspondante par rapport au coussinet correspondant. Enfin, l'homme du métier comprendra que dans une variante de réalisation du 35 casque acoustique 10, le compresseur 26 et/ou le limiteur 28 du module de traitement 14 sont optionnels. REVENDICATIONS1.- Casque acoustique (10) comprenant : - deux modules acoustiques latéraux (12), chaque module acoustique (12) comprenant au moins un transducteur (20) propre à transmettre un signal sonore, caractérisé en ce que chaque module acoustique (12) comprend au moins deux microphones (22) configurés pour recevoir un signal sonore, les microphones (22) dudit module acoustique (12) ayant des orientations distinctes les unes des autres, à chaque microphone (22) étant associée une fonction de transfert, et en ce que le casque (10) comprend, en outre, au moins un module de traitement (14) configuré pour calculer pour chaque module acoustique (12) : - pour chaque microphone (22) dudit module acoustique (12), un produit de convolution d'un signal sonore reçu par ledit microphone (22) avec la fonction de transfert associée audit microphone (22), et - une combinaison linéaire des produits de convolution calculés pour les microphones (22) dudit module acoustique (12), au moins un transducteur (20) de chaque module acoustique (12) étant configuré pour générer un signal sonore dépendant de la combinaison linéaire calculée par le module de traitement (14) pour le module acoustique (12) correspondant. 2.- Casque acoustique (10) selon la revendication 1, dans lequel la fonction de transfert associée à chaque microphone (22) est une fonction de transfert HRTF. 3.- Casque acoustique (10) selon la revendication 2, dans lequel la fonction de 25 transfert associée à chaque microphone (22) dépend de l'orientation dudit microphone (22) par rapport au module acoustique (12) correspondant. 4.- Casque acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, au moins un module acoustique (12) comprend deux microphones (22) orientés 30 sensiblement suivant la même direction et selon des sens opposés. 5.- Casque acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le transducteur (20) de chaque module acoustique (12) est un transducteur (20) à excitation mécanique, propre à transmettre un signal sonore au nerf auditif par conduction 35 osseuse et/ou solidienne. 3052622 10 6.- Casque acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le module de traitement (14) comprend un compresseur (26) configuré pour déterminer un signal intermédiaire à partir de la combinaison linéaire calculée par le module de traitement (14) pour un module acoustique (12) correspondant, en comparant 5 ladite combinaison linéaire calculée à un premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire étant égal à ladite combinaison linéaire lorsque ladite combinaison linéaire est inférieure ou égale au premier seuil prédéterminé, le signal intermédiaire étant fonction de la différence entre ladite combinaison linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé, lorsque ladite combinaison linéaire est 10 strictement supérieure au premier seuil prédéterminé. 7.- Casque acoustique (10) selon la revendication 6, dans lequel lorsque la combinaison linéaire calculée par le module de traitement (14) pour un module acoustique (12) correspondant est strictement supérieure au premier seuil prédéterminé, le signal 15 intermédiaire est égal au ratio de la différence entre la combinaison linéaire calculée et le premier seuil prédéterminé par rapport à un coefficient de compression. 8.- Casque acoustique (10) selon la revendication 7, dans lequel le compresseur (26) est configuré pour fonctionner selon un mode parmi au moins deux modes prédéfinis, 20 chaque mode prédéfini correspondant ayant un coefficient de compression respectif, les coefficients de compression étant distincts d'un mode à l'autre. 9.- Casque acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le module de traitement (14) comprend, en outre, un limiteur (28) configuré pour déterminer un signal corrigé à partir du signal intermédiaire correspondant déterminé par le compresseur (26), en comparant ledit signal intermédiaire à un deuxième seuil prédéterminé, le signal sonore généré par chaque transducteur (20) étant égal au signal corrigé correspondant, le signal corrigé déterminé par le limiteur (28) égal audit signal intermédiaire lorsque ledit signal intermédiaire est inférieur ou égal au deuxième seuil prédéterminé, le signal corrigé déterminé par le limiteur (28) étant égal au deuxième seuil prédéterminé lorsque ledit signal intermédiaire est strictement supérieur au deuxième seuil prédéterminé. 10.- Equipement de tête pour fantassin comprenant un casque lourd et un casque acoustique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.