Brevet FR3087074A1 — publié le 20200410

Dispositif de commande d'un haut-parleur et installation de restitution sonore associée La présente invention concerne un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte. La présente invention concerne, également, une installation de restitution sonore comprenant un tel dispositif de commande. Les haut-parleurs sont des dispositifs électromagnétiques qui convertissent un signal électrique en un signal acoustique. Les haut-parleurs introduisent une distorsion non-linéaire susceptible d'affecter considérablement le signal acoustique obtenu. La distorsion provient de différents facteurs, notamment de la non-linéarité du circuit magnétique du haut-parleur et de certains éléments mécaniques du haut-parleur. En outre, le courant circulant dans un haut-parleur peut amener la température des conducteurs du haut-parleur à une valeur susceptible de les détériorer. De plus, même sans conduire à la détérioration des conducteurs, l'augmentation de la température des conducteurs provoque une élévation de leur résistance ohmique. Cela entraîne un phénomène, appelé « compression thermique », qui consiste en une diminution du rendement du haut-parleur avec l'accroissement de la résistance. Enfin, des déplacements trop importants de la membrane du haut-parleur suite à une alimentation inappropriée sont susceptibles d'endommager la membrane du haut- parleur. Des solutions ont été proposées pour commander les haut-parleurs afin d'éliminer les distorsions du comportement du haut-parleur par une commande appropriée. Cependant, de telles solutions peuvent encore être améliorées. Il existe donc un besoin pour un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte permettant de réduire la distorsion dans le signal restitué par le haut-parleur tout en améliorant la protection de la membrane du haut-parleur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de commande d'un haut-parleur dans une enceinte, le haut-parleur comprenant une membrane, l'enceinte ayant une structure, le dispositif comprenant : - une entrée pour un signal audio à reproduire, - une sortie de fourniture d'un signal de commande du haut-parleur, - une unité de détermination d'un signal dynamique désiré, représentatif d'une grandeur dynamique désirée de la membrane du haut-parleur, en fonction du signal audio à reproduire et de la structure de l'enceinte, - une unité de duplication du signal dynamique désiré pour obtenir deux signaux dynamiques désirés identiques, 2 - une première unité de traitement configurée pour traiter le premier signal dynamique désiré pour obtenir un premier signal traité dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée, - une deuxième unité de traitement configurée pour traiter le deuxième signal 5 dynamique désiré pour obtenir un deuxième signal traité dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, et - une unité de combinaison du premier et du deuxième signal traité pour obtenir le signal de commande du haut-parleur. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de commande comporte 10 l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - la première unité de traitement comprend un limiteur d'excursion configuré pour : - déterminer un signal d'excursion, représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur, en fonction du premier signal dynamique désiré, 15 - déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion, et - lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à une excursion maximale acceptable, appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion pour obtenir un signal d'excursion atténué, le premier signal traité étant obtenu en fonction du signal d'excursion atténué. 20 - le haut-parleur comprend au moins une bobine, la première unité de traitement comprenant : - un module de filtrage des fréquences du signal d'excursion atténué strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré, 25 - un module de détermination d'un premier signal en intensité, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur, en fonction du signal d'excursion filtré et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur, et - un limiteur en courant configuré pour fixer à une valeur d'intensité 30 prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en intensité strictement supérieures à la valeur d'intensité prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en intensité atténué, le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en intensité atténué. 35 - la première unité de traitement comprend : 3 - un module de détermination d'un premier signal en tension, représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur, en fonction du signal d'excursion filtré, de la modélisation électromécanique du haut-parleur et du premier signal en intensité atténué, et 5 - un limiteur en tension configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension strictement supérieures à la valeur de tension prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en tension atténué, le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en tension 10 atténué. - la première unité de traitement comprend un module de filtrage additionnel configuré pour filtrer les fréquences du premier signal en tension atténué strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, le premier signal traité étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué filtré par le module de filtrage additionnel. 15 - la deuxième unité de traitement comprend : - un module de filtrage des fréquences du deuxième signal dynamique désiré inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré, - un module de détermination d'un deuxième signal en tension, représentatif 20 de la tension aux bornes du haut-parleur, en fonction du deuxième signal filtré et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur, le deuxième signal traité étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension. - la deuxième unité de traitement comprend un limiteur en tension configuré pour : 25 - déterminer la tension maximale du deuxième signal en tension, - lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à une tension maximale acceptable, appliquer un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en tension pour obtenir un deuxième signal en tension atténué, 30 le deuxième signal traité étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué. - la deuxième unité de traitement comprend un module de filtrage additionnel configuré pour filtrer les fréquences du deuxième signal en tension atténué inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée, le deuxième signal traité étant obtenu en fonction 35 du deuxième signal en tension atténué filtré par le module de filtrage additionnel. 4 - la fréquence prédéterminée est comprise dans un intervalle de fréquences centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur et s'étendant sur au plus 200 Hz. La présente invention concerne, également, une installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur dans une enceinte et un dispositif de commande du haut- 5 parleur tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : - Figure 1, une vue schématique d'une installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur dans une enceinte et un dispositif de commande du haut- 10 parleur, - Figure 2, une vue schématique du dispositif de commande de la figure 1, - Figure 3, une vue schématique d'une première unité de traitement du dispositif de commande de la figure 2, et - Figure 4, une vue schématique d'une deuxième unité de traitement du dispositif 15 de commande de la figure 2. Une installation de restitution sonore 10 est illustrée par la figure 1. L'installation 10 comporte, comme connu en soi, une source 12 de production d'un signal audio Sa, tel qu'un lecteur de disque numérique relié à un haut-parleur 14 dans une enceinte, au travers d'un amplificateur en tension 16. Entre la source audio 12 et 20 l'amplificateur 16 sont disposés, successivement en série, un modèle désiré 20 correspondant au modèle désiré de comportement de l'enceinte, et un dispositif de commande 22. Le modèle désiré 20 est un modèle linéaire ou un modèle non linéaire. Suivant un mode particulier de réalisation, une boucle 23 de mesure d'une grandeur physique, telle que la température du circuit magnétique du haut-parleur 14 ou 25 l'intensité circulant dans la bobine du haut-parleur 14, est prévue entre le haut-parleur 14 et le dispositif de commande 22. Le modèle désiré 20 est indépendant du haut-parleur 14 utilisé dans l'installation et de la modélisation du haut-parleur 14. Le modèle désiré 20 est, par exemple, une fonction du rapport de l'amplitude du 30 signal souhaité, noté Saudia_ref, sur l'amplitude Saud° du signal d'entrée issu de la source 12, exprimée en fonction de la fréquence. Avantageusement, pour des fréquences inférieures à une fréquence fm,n, un tel rapport est une fonction convergeant vers 0 lorsque la fréquence tend vers 0. Cela permet de limiter la reproduction des fréquences excessivement basses, et ainsi d'éviter des 35 déplacements de la membrane du haut-parleur 14 hors des plages préconisées par le fabricant. 5 Il en est de même pour les fréquences élevées où le rapport tend vers 0 au-delà d'une fréquence fmax lorsque la fréquence du signal tend vers l'infini. Suivant un autre mode de réalisation, le modèle désiré n'est pas spécifié et le modèle désiré est considéré comme étant unitaire. 5 Le dispositif de commande 22, dont un exemple de structure détaillée est illustrée par la figure 2, est disposé en entrée de l'amplificateur 16. Le dispositif de commande 22 est propre à recevoir en entrée le signal audio Saudio roi à reproduire tel que défini en sortie du modèle désiré 20 et à fournir en sortie un signal de commande Scoanrnande du haut-parleur 14, aussi appelé signal 10 d'excitation. Dans un mode de réalisation préféré, le haut-parleur 14 est piloté en tension et le signal de commande Sm',''de est une tension. Comme cela sera décrit dans la suite de la description, le signal de commande Scemmande est adapté pour tenir compte de la non-linéarité du haut-parleur 14 et pour limiter les déplacements excessifs de la membrane du haut-parleur 14. De manière 15 générale, le dispositif de commande 22 utilise le modèle de Thiele et Small du haut- parleur 14, afin d'obtenir une réponse en fréquence cible (par exemple plate). Dans l'exemple illustré par la figure 2, le dispositif de commande 22 comprend une entrée 30 pour le signal Saudie _rof à reproduire et une sortie 32 de fourniture du signal de commande Scommande du haut-parleur 14. Le dispositif de commande 22 comprend, 20 également, une unité 34 de détermination d'un signal dynamique désiré 5d', une unité 36 de duplication du signal dynamique désiré Sd', une première unité de traitement 38, une deuxième unité de traitement 40 et une unité de combinaison 42. L'unité de détermination 34 est configurée pour déterminer, à chaque instant, le signal dynamique désiré Sdy, représentatif d'une grandeur dynamique désirée Aret de la 25 membrane du haut-parleur 14, en fonction du signal audio Saddo rot à reproduire et de la structure de l'enceinte. La structure de l'enceinte est définie en fonction des caractéristiques du type d'enceinte considérée (dimensions, paramètres électomécaniques). Par exemple, un premier type d'enceinte est une enceinte close (enceinte fermée). Un deuxième type d'enceinte est une enceinte à évent. Un troisième type 30 d'enceinte est une enceinte comprenant un deuxième haut-parleur passif ayant une fonction de résonateur. Pour cela, l'unité de détermination 34 est propre à appliquer un gain de conversion d'unité, dépendant de la tension crête de l'amplificateur 16 en sortie du dispositif de commande 22 et d'une atténuation variable entre 0 et 1 contrôlée par l'utilisateur. Cela 35 assure le passage du signal audio à reproduire Saudid_rof à un signal yo, image d'une 6 grandeur physique à reproduire. Le signal Vo est, par exemple, une accélération de l'air en regard du haut-parleur 14 ou encore une vitesse de l'air à déplacer par le haut-parleur 14. L'unité de détermination 34 est propre à déterminer le signal dynamique désiré Soyo, représentatif de la grandeur dynamique désirée Aret, à chaque instant, en 5 fonction d'une grandeur correspondante, ici le signal Vo, pour le déplacement de l'air mis en mouvement par l'enceinte comportant le haut-parleur 14. Ainsi, lorsque Vo est l'accélération à reproduire pour la membrane du haut-parleur 14, la grandeur de référence Are, est l'accélération à reproduire pour la membrane du haut-parleur 14 afin que le fonctionnement du haut-parleur 14 impose à l'air une 10 accélération Vo. Par exemple, dans le cas d'une enceinte close dans laquelle le haut-parleur 14 est monté dans un boîtier clos, l'accélération de référence désirée pour la membrane Arei est égale à l'accélération Vo désirée pour l'air. Optionnellement, l'unité de détermination 34 est propre à filtrer les fréquences du 15 signal dynamique désiré Sdyn strictement inférieures à une fréquence fmin afin de limiter la reproduction des fréquences excessivement basses. Le filtrage est, par exemple, réalisé avec un ou plusieurs filtres passe-haut successifs. L'unité de duplication 36 est configurée pour dupliquer, à chaque instant, le signal dynamique désiré Sdy, afin d'obtenir deux signaux dynamiques désirés Sdyni et Scir2 20 identiques. La première unité de traitement 38 est configuré pour traiter, à chaque instant, le premier signal dynamique désiré Sdri pour obtenir un premier signal traité Sdyro' dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée. La fréquence prédéterminée est, par exemple, comprise dans un intervalle de 25 fréquence centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur 14 et s'étendant sur au plus 200 Hz. La fréquence de résonance du haut-parleur 14 est définie comme étant la fréquence de résonance de la membrane du haut-parleur 14. Par exemple, la fréquence prédéterminée est inférieure ou égale à 200 Hz. Dans l'exemple illustré par la figure 3, la première unité de traitement 38 30 comprend, disposés successivement en série, un limiteur d'excursion 50, un module de filtrage 54, un premier module de détermination 56, un limiteur en courant 58, un deuxième module de détermination 60, un limiteur en tension 62 et, opfionnellement, une unité de filtrage additionnelle 64. Le limiteur d'excursion 50 forme l'entrée de la première unité de traitement 38 et 35 est configuré pour recevoir le premier signal dynamique désiré Sdyni. Le limiteur d'excursion 50 est configuré pour déterminer, à chaque instant, un signal d'excursion Sexe, 7 représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, en fonction du premier signal dynamique désiré Sdyni. L'excursion de la membrane du haut-parleur 14 est définie comme étant la distance de la membrane à un instant t, par rapport à sa position d'équilibre nominale. Typiquement, quand la membrane subit une excursion dépassant 5 l'excursion maximale acceptable par la membrane, le haut-parleur 14 se trouve dans un régime de fonctionnement non-linéaire, ce qui peut endommager le haut-parleur 14. L'excursion maximale acceptable est, par exemple, inférieure ou égale à 10 mm. Le limiteur d'excursion 50 est configuré pour déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion Sexe. 10 Lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à l'excursion maximale acceptable, le limiteur d'excursion 50 est configuré pour appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion Sexe pour obtenir un signal d'excursion atténué Sexe_att. Le module de filtrage 54 est configuré pour filtrer les fréquences du signal 15 d'excursion atténué Sexe_alt strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré Sex",. Avantageusement, le module de filtrage 54 permet de conserver uniquement les fréquences très basses (très graves), typiquement en-dessous de 200 Hz, voire en-dessous de 100 Hz. 20 Le module de filtrage 54 est, également, configuré pour déterminer des grandeurs dynamiques intermédiaires à partir du signal d'excursion atténué Sexc_ary. Ces grandeurs dynamiques intermédiaires, notées Gref, sont, par exemple, l'excursion de la membrane du haut-parleur 14, la dérivée de l'excursion correspondant à une vitesse et la dérivée seconde de l'excursion correspondant à une accélération. 25 Le premier module de détermination 56 est configuré pour déterminer un premier signal en intensité Sinn, représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut-parleur 14 en fonction du signal d'excursion filtré Sexe,,,, et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur 14. Plus précisément, l'intensité du courant est aussi déterminée en fonction des grandeurs dynamiques intermédiaires Gref. 30 La modélisation électromécanique du haut-parleur 14 est, par exemple, une table et ou un ensemble de polynômes, mémorisés dans une mémoire du dispositif de commande 22. La modélisation électromécanique permet de définir des paramètres électromécaniques Pm éca et électriques Pél' à partir du signal d'excursion filtré Sexe,,,, et plus précisément des grandeurs dynamiques intermédiaires Grei, Les paramètres 35 électromécaniques Pmeea et électriques Pi sont utilisés dans le calcul du premier signal en intensité Sinll- 8 Les paramètres électromécaniques Prneee et électriques Pelee sont, par exemple, obtenus au moyen des modèles décrit dans la demande FR 3 018 025 A dans le cas d'une enceinte close et d'une enceinte à évent. Les paramètres électromécaniques Prne' comprennent, par exemple, le flux 5 magnétique BI capté par la bobine produit par le circuit magnétique du haut-parleur 14, la raideur du haut-parleur 14 notée 1 REVENDICATIONS1.- Dispositif de commande (22) d'un haut-parleur (14) dans une enceinte, le haut-parleur (14) comprenant une membrane, l'enceinte ayant une structure, le dispositif (22) comprenant : - une entrée (30) pour un signal audio (Sancy, jet) à reproduire, - une sortie (32) de fourniture d'un signal de commande (Scommande) du haut-parleur (14), - une unité (34) de détermination d'un signal dynamique désiré (Sd,), représentatif d'une grandeur dynamique désirée (Arei) de la membrane du haut-parleur (14), en fonction du signal audio (Saud° ref) à reproduire et de la structure de l'enceinte, - une unité (36) de duplication du signal dynamique désiré (Sdyn) pour obtenir deux signaux dynamiques désirés (Sdyni, Sdyn2) identiques, - une première unité de traitement (38) configurée pour traiter le premier signal dynamique désiré (Sdyni) pour obtenir un premier signal traité (Sdyni') dont les fréquences sont inférieures ou égales à une fréquence prédéterminée, - une deuxième unité de traitement (40) configurée pour traiter le deuxième signal dynamique désiré (Sdyn2) pour obtenir un deuxième signal traité (Sd'2') dont les fréquences sont strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, et - une unité de combinaison (42) du premier et du deuxième signal traité (Sdynl Sdyn21) pour obtenir le signal de commande (Snomniande) du haut-parleur (14). 2.- Dispositif (22) selon la revendication 1, dans lequel la première unité de traitement (38) comprend un limiteur d'excursion (50) configuré pour : - déterminer un signal d'excursion (Sexe), représentatif de l'excursion de la membrane du haut-parleur (14), en fonction du premier signal dynamique désiré (Sdri), - déterminer l'excursion maximale du signal d'excursion (Sexe), et - lorsque l'excursion maximale déterminée est strictement supérieure à une excursion maximale acceptable, appliquer un premier gain d'atténuation au signal d'excursion (Sexn) pour obtenir un signal d'excursion atténué (Sexn_all), le premier signal traité (Sd',') étant obtenu en fonction du signal d'excursion atténué (Sexc_alt). 3.- Dispositif (22) selon la revendication 2, dans lequel le haut-parleur (14) comprend au moins une bobine, la première unité de traitement (38) comprenant : 17 - un module (54) de filtrage des fréquences du signal d'excursion atténué (Sexc_au) strictement supérieures à la fréquence prédéterminée pour obtenir un signal d'excursion filtré (Sexcipt), - un module (56) de détermination d'un premier signal en intensité (Sint,' 5 représentatif de l'intensité du courant destiné à circuler dans la bobine du haut- parleur (14), en fonction du signal d'excursion filtré (Se,,) et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur (14), et - un limiteur en courant (58) configuré pour fixer à une valeur d'intensité prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en intensité (Sin") strictement 10 supérieures à la valeur d'intensité prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en intensité atténué (Sint1 ait), le premier signal traité (Sdri') étant obtenu en fonction du premier signal en intensité atténué (S1 ait). 15 4.- Dispositif (22) selon la revendication 3, dans lequel la première unité de traitement (38) comprend : - un module (60) de détermination d'un premier signal en tension (St',,), représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur (14), en fonction du signal d'excursion filtré (Sex, lut), de la modélisation électromécanique du haut-parleur (14) et du 20 premier signal en intensité atténué (Sintuet), et - un limiteur en tension (62) configuré pour fixer à une valeur de tension prédéterminée, toutes les valeurs du premier signal en tension (St, 1 strictement ns1, supérieures à la valeur de tension prédéterminée et obtenir ainsi un premier signal en tension atténué (Stens1 att), 25 le premier signal traité (Sdri') étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué (Stens1 au)- 5.- Dispositif (22) selon la revendication 4, dans lequel la première unité de traitement (38) comprend un module de filtrage additionnel (64) configuré pour filtrer les 30 fréquences du premier signal en tension atténué (Stens1att) strictement supérieures à la fréquence prédéterminée, le premier signal traité (Sd',') étant obtenu en fonction du premier signal en tension atténué (Stens1 au) filtré par le module de filtrage additionnel (64). 6.- Dispositif (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la 35 deuxième unité de traitement (40) comprend : 18 - un module (70) de filtrage des fréquences du deuxième signal dynamique désiré (Sdr2) inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée pour obtenir un deuxième signal filtré (Sdrulit), - un module (74) de détermination d'un deuxième signal en tension (S152), ten52), 5 représentatif de la tension aux bornes du haut-parleur (14), en fonction du deuxième signal filtré (Sdy,-,2 JR) et d'une modélisation électromécanique du haut-parleur (14), le deuxième signal traité (Sdyn2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension (Siens2). 10 7.- Dispositif (22) selon la revendication 6, dans lequel la deuxième unité de traitement (40) comprend un limiteur en tension (76) configuré pour : - déterminer la tension maximale du deuxième signal en tension (Siens2), - lorsque la tension maximale déterminée est strictement supérieure à une tension maximale acceptable, appliquer un deuxième gain d'atténuation au deuxième signal en 15 tension (Siens2) pour obtenir un deuxième signal en tension atténué (Stens2_att) le deuxième signal traité (Sd'2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué (Siens2 att)- 8.- Dispositif (22) selon la revendication 7, dans lequel la deuxième unité de 20 traitement (40) comprend un module de filtrage additionnel (80) configuré pour filtrer les fréquences du deuxième signal en tension atténué (Siens2 ait) inférieures ou égales à la fréquence prédéterminée, le deuxième signal traité (Sdyn2') étant obtenu en fonction du deuxième signal en tension atténué (Siens2_att) filtré par le module de filtrage additionnel (80). 25 9.- Dispositif (22) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la fréquence prédéterminée est comprise dans un intervalle de fréquences centré sur la fréquence de résonance du haut-parleur (14) et s'étendant sur au plus 200 Hz. 30 10.- Installation de restitution sonore comprenant un haut-parleur (14) dans une enceinte et un dispositif de commande (22) du haut-parleur (14) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.