Brevet FR3096543A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Procédé de protection d'une membrane d'un haut-parleur Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine technique de la protection dynamique d'une membrane de haut-parleur. [0002] L'invention trouve notamment son application dans la protection des systèmes audio installés dans les véhicules automobiles. État de l'art [0003] Un module audio standard (amplificateur et haut-parleurs) est conçu pour répondre à un cahier des charges sévère pour un volume « confort » (e.g. volume 15) et un volume « soutenu » (e.g. volume 20). Lorsque le volume est plus élevé, le module audio est exploité au-delà de son domaine de fonctionnement, ce qui conduit généralement à une forte dégradation de la qualité audio, facilement perceptible par l'utilisateur. Ce cas est susceptible de se produire pour des signaux média produits par l'utilisateur dont le contenu et les niveaux sonores ne sont pas maîtrisables. [0004] L'invention vise à rendre peu perceptibles par l'utilisateur les dégradations de la qualité audio lorsque le volume est supérieur au domaine de fonctionnement nominal. Exposé de l'invention [0005] L'invention a pour objet un procédé de protection d'une membrane d'un haut-parleur possédant un débattement maximal théorique, comportant les étapes : a) commander un déplacement de la membrane du haut-parleur par un signal électrique de commande, non amplifié ; b) estimer le débattement de la membrane du haut-parleur à partir du signal électrique de commande ; c) appliquer un filtre correcteur au signal électrique de commande lorsque le débattement estimé est supérieur au débattement maximal théorique, le filtre correcteur étant configure pour atténuer les basses fréquences du signal électrique de commande ; d) transmettre le signal électrique de commande corrigé lors de l'étape c) à un amplificateur. [0006] Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet de contrôler l'excursion de la membrane d'un haut-parleur afin de permettre l'exploitation du haut-parleur au-delà de son domaine de fonctionnement nominal, et cc grâce à l'étape c). En effet, il a été constaté qu'à fort volume, le débattement maximal de la membrane est dépassé principalement du fait des basses fréquences. [0007] Définitions 2 [0008] - Par « basse fréquences », on entend les fréquences inférieures à 200 Hz. [0009] Le procédé selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0010] Selon une caractéristique de l'invention, dans lequel l'étape h) comporte une étape h1 ) consistant à appliquer un filtre passe-bas au signal électrique de commande ; le filtre passe-bas appliqué lors de l'étape b1) étant de préférence un filtre du second ordre. [0011] En effet, la fonction de transfert typique d'un haut-parleur est similaire à la réponse d'un filtre passe-bas du second ordre. [0012] Selon une caractéristique de l'invention, le haut-parleur possède un facteur d'amortissement et une fréquence de coupure, et le filtre passe-bas appliqué lors de l'étape b1) possède : - un facteur d'amortissement égal au facteur d'amortissement du haut-parleur, - une fréquence de coupure égale à la fréquence de coupure du haut-parleur. [0013] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) comporte une étape 1)2) consistant à appliquer un filtre intégrateur au signal électrique de commande filtré lors de l'étape b1), de manière à obtenir le débattement estimé de la membrane ; le filtre in- tégrateur appliqué lors de l'étape 112) étant de préférence un filtre du premier ordre. [0014] Ainsi, un avantage procuré est de détecter l'amplitude du débattement estimé de la membrane grâce au filtre intégrateur. [0015] Selon une caractéristique de l'invention, en calculant la formule suivante : [Math. 1] le lors de l'étape h2) où : A 2 t 1 ,'A débattement est estimé II X 1 S(1) = L X , 1 2 exp( TT ) - t est la variable de temps, - T est une constante de temps, est l'estimateur du débattement de la membrane. Xins(t) [0016] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) comporte une étape b3) consistant à calculer un gain en débattement à partir : - du débattement estimé de la membrane obtenu à l'issue de l'étape b,), et - du débattement maximal théorique. [0017] Selon une caractéristique de l'invention, le gain en débattement, noté G, est calculé lors de l'étape b3) selon la formule suivante : [Math. 1] 2 IlX,7, .(t) G, ) = 10 log io xtn a X /11 X - t est la variable de temps, - T est une constante de temps, 3 it,1 est l'estimateur du débattement de la membrane, )(ms ^ - X'1', est le débattement maximal théorique de la membrane. [0018] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir exploiter aisément le débattement. estimé lors de l'étape b2). [0019] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape c) est exécutée lorsque le gain en dé- battement calculé lors de l'étape b3) dépasse un seuil. [0020] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir piloter facilement le filtre correcteur lors de l'étape c). [0021] Selon une caractéristique de l'invention, le filtre correcteur appliqué lors de l'étape c) est choisi parmi un filtre passe-haut ou un filtre en plateau pour les basses fréquences. [0022] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) comporte une étape al) consistant à retarder la transmission du signal électrique de commande à l'amplificateur. [0023] Ainsi, un avantage procuré est d'instaurer un pré-délai sur le signal électrique de commande afin de tenir compte du temps d'exécution des étapes b) et c). Brève description des dessins [0024] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l'exposé détaillé de différents modes de réalisation de l'invention, l'exposé étant assorti d'exemples et de références aux dessins joints. [0025] [fig.1] Figure 1 est un schéma synoptique illustrant un procédé selon l'invention. Exposé détaillé des modes de réalisation [0026] Les éléments identiques ou assurant la même fonction poileront les mêmes ré- férences pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. [0027] Un objet de l'invention est un procédé de protection d'une membrane (l'un haut- parleur possédant un débattement maximal Xmax théorique, comportant les étapes : a) commander un déplacement de la membrane du haut-parleur par un signal électrique de commande s(t), non amplifié ; b) estimer le débattement électrique de commande s(t) ; A if \ de la membrane du haut-parleur à partir du signal is't', c) appliquer un filtre correcteur 3 au signal électrique de commande s(t) lorsque le débattement estimé fi est supéiieur au débattement maximal X' théorique, le £1, tri slt I filtre correcteur 3 étant confieuré pour atténuer les basses fréquences du signal électrique de commande s(t) ; d) transmettre le signal électrique de commande corrigé (t ) lors de l'étape c) à un amplificateur A. 100281 Etape b) 100291 L'étape 1)) comporte avantageusement une étape 111) consistant à appliquer un filtre passe-bas 1 au signal électrique de commande s(t) ; le filtre passe-bas 1 appliqué lors de l'étape III) étant de préférence un filtre du second ordre. Le débattement estimé y A it), de la membrane peut s'écrire de la manière suivante : [Math. 1] nms\li K rti 8(0 = p* s )0Li hy est la fonction de transfert du filtre passe-bas 1. [0030] Le haut-parleur possède un facteur d'amortissement et une fréquence de coupure, et le filtre passe-bas 1 appliqué lors de l'étape b1) possède avantageusement : - un facteur d'amortissement égal au facteur d'amortissement du haut-parleur, - une fréquence de coupure égale à la fréquence de coupure du haut-parleur. [0031] L'étape b) comporte avantageusement une étape b2) consistant à appliquer un filtre intégrateur 2 au signal électrique de commande s(t) filtré lors de l'étape b1), de manière à obtenir le débattement estimé A de la membrane ; le filtre intégrateur 2 21 ni appliqué lors de l'étape b,) étant de préférence un filtre du premier ordre. [0032] Le débattement est avantageusement estimé lors de l'étape b2) en calculant la formule suivante : [Math. 1] '2 A où : - T 1 X In s(t) rt ) T _ a, ' exP(t T )a - t est la variable de temps, - T est une constante de temps, - A it) est l'estimateur du débattement de la membrane. L [0033] L'étape b) comporte avantageusement une étape b3) consistant à calculer un gain G en débattement à partir : - du débattement estimé 7 A \ de la membrane obtenu à l'issue de l'étape b2), et A ni s t,,t) - du débattement maximal Xma, théorique. 100341 Le gain en débattement, noté G, est avantageusement calculé lors de l'étape lb) selon la formule suivante : I Math. 11 GT, v(t)=i0 1001 - t est la variable de temps, - T est une constante de temps, est l'estimateur du débattement de la membrane, - Xtris(t) - X. est le débattement maximal théorique de la membrane. [0035] Etape cl [0036] L'étape c) est avantageusement exécutée lorsque le gain G en débattement calculé lors de l'étape b3) dépasse un seuil. 2 où: IIX,15(t) ^ X )2/ a X [0037] Le filtre correcteur 3 appliqué lors de l'étape c) est avantageusement choisi parmi un filtre passe-haut ou un filtre en plateau pour les basses fréquences. Toutefois, d'autres architectures de filtre sont envisageables. Le filtre correcteur 3 est avantageusement configure pour atténuer le signal électrique de commande s(t) de l'opposé du gain G en débattement calculé lors de l'étape 1,3) à la fréquence de résonance du haut-parleur. En pratique, le gain G maximal calculé lors de l'étape 113) est de l'ordre de 15 dB. Le filtre correcteur 3 peut comporter un banc de filtres contrôlé par le gain G arrondi avec une précision donnée, par exemple de l'ordre de 1 dB. Ainsi, une quinzaine de filtres suffit pour atténuer le signal électrique de commande s(t) de l'opposé du gain G en débattement calculé lors de l'étape 1)3) à la fréquence de résonance du haut-parleur. [0038] En moyenne, le filtre correcteur 3 doit avoir une fonction de transfert qui est l'inverse de la réponse du haut-parleur limitée au-delà d'une certaine fréquence. Il est constaté que, du fait de la fonction de transfert du haut-parleur et du contenu spectral du signal audio à reproduire (en moyenne le spectre d'un bruit rose), les basses fréquences sont à l'origine de forts débattements de la membrane du haut-parleur. [0039] Les caractéristiques du filtre correcteur 3 peuvent être stockées dans une table de cor- respondance LUT en fonction du gain G en débattement calculé lors de l'étape [0040] Lorsque le filtre correcteur 3 est un filtre passe-haut, le paramètre de contrôle du filtre correcteur 3 est sa fréquence de coupure. [0041] Lorsque le filtre correcteur 3 est un filtre en plateau pour les basses fréquences, le paramètre de contrôle du filtre correcteur 3 est son gain. La fréquence caractéristique du filtre correcteur 3 est deux fois la fréquence de résonance du haut-parleur. [0042] Etape a) [0043] L'étape a) comporte avantageusement une étape al) consistant à retarder la transmission du signal électrique de commande s(t) à l'amplificateur A, à l'aide (l'une fonction retard 4. Ainsi, un avantage procuré est d'instaurer un pré-délai sur le signal électrique de commande s(t) afin de tenir compte du temps d'exécution des étapes b) et c). Le pré-délai peut être compris entre 30 ms et 50 ms. [0044] On notera que le procédé selon l'invention est peu consommateur de ressources. On peut estimer une mémoire nécessaire de 1 Mo pour un véhicule avec 4 haut-parleurs, et un processeur capable d'exécuter 2,5 MIPS. [0045] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L'homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents. 6 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] REVENDICATIONSProcédé dc protection d'une membrane d'un haut-parleur possédant un débattement maximal (X,'',) théorique, comportant les étapes : a) commander un déplacement de la membrane du haut-parleur par un signal électrique de commande (s(t)), non amplifié ; 1)) estimer le débattement ( v A f ) de la membrane du haut-parleur à msktt partir du signal électrique de commande (s(t)) ; c) appliquer un filtre correcteur (3) au signal électrique de commande (s(t)) lorsque le débattement estimé ( y ro) est supérieur au dé- nmslt battement maximal (X) théorique, le filtre correcteur (3) étant configuré pour atténuer les basses fréquences du signal électrique de commande (s(t)) ; d) transmettre le signal électrique de commande corrigé (g(t)) lors de l'étape c) à un amplificateur (A). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) comporte une étape b1) consistant à appliquer un filtre passe-bas (1) au signal électrique de commande (s(t)) ; le filtre passe-bas (1) appliqué lors de l'étape b1) étant de préférence un filtre du second ordre. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le haut-parleur possède un facteur d'amortissement et une fréquence de coupure, et le filtre passe-bas (1) appliqué lors de l'étape b1) possède : - un facteur d'amortissement égal au facteur d'amortissement du haut-parleur, - une fréquence de coupure égale à la fréquence de coupure du haut-parleur. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'étape b) comporte une étape b,) consistant à appliquer un filtre intégrateur (2) au signal électrique de commande (s(t)) filtré lors de l'étape b1), de manière à obtenir le débattement estimé ( (t .) de la membrane ; le filtre in- r)')si,t tégratcur (2) appliqué lors de l'étape b2) étant de préférence un filtre du premier ordre. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le débattement est estimé lors de l'étape bi) en calculant la formule suivante : 2 Xi:s(t) =X in s(i) - r 0.0 exp(t-7--r )d-r oit: 7 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] - t est la variable dc temps, - T est une constante dc temps, - .(t) est l'estimateur du débattement de la membrane. fl m Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'étape b) comporte une étape b3) consistant à calculer un gain (G) en débattement à partir : - du débattement estimé ( A if ) de la membrane obtenu à l'issue de J' 111S « l'étape b2), et - du débattement maximal (X'0 théorique. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le gain en débattement, noté G. est calculé lors de l'étape b3) selon la formule suivante : Xms(t)II) où : - t est la variable de temps, - T est une constante de temps, \ est l'estimateur du débattement de la membrane. X tn ski - Xm', est le débattement maximal théorique dc la membrane. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'étape c) est exécutée lorsque le gain (G) en débattement calculé lors de l'étape 1,0 dépasse un seuil. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le filtre correcteur (3) appliqué lors de l'étape c) est choisi parmi un filtre passe-haut ou un filtre en plateau pour les basses fréquences. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'étape a) comporte unc étape al) consistant à rctardcr la transmission du signal électrique de commande (s(t)) à l'amplificateur (A). [Revendication 6] [Revendication 7] G, , ) =10 10g10 ^ 2 tri a