Brevet FR3097362A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Système vibratoire sensoriel Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine de l'accessibilité de la musique par les sourds. [0002] La surdité est un handicap peu reconnu et mal accepté par les personnes extérieures car il n'est pas forcément visible. On compte en France environ 400 000 sévèrement sourds qui sont souvent confrontés à un manque de compréhension et sont vite isolés. Si les individus sans handicap sont capables d'entendre et de dissocier les sons aigus, les sons graves, les sons parlés, les sons chantés et les bruits, les sourds peuvent, eux, « entendre » ou sentir les vibrations des sons graves. A part les personnes atteintes de cophose (un traumatisme de l'oreille interne peu répandu qui rend la surdité totale), les fréquences graves sont audibles par les personnes atteintes de surdité. Par conséquent, elles peuvent entendre la musique mais d'une façon différente. En effet, la musique est le son qui est le mieux ressenti, par les personnes souffrant de trouble auditif ou pas. [0003] L'explication réside dans le fait que les sons musicaux nécessitent soixante-dix fois moins de travail du cerveau pour être traité que les simples paroles, et cent cinquante fois moins que les simples bruits. Ainsi, un sourd partiel est aussi capable d'apprécier la musique, d'autant plus qu'il existe des possibilités d'assistance pour améliorer les sensations causées par les vibrations sonores. [0004] Lors d'évènements musicaux, certains dispositifs permettent, à grande échelle, de dé- multiplier les sens des sourds. Certaines salles de concerts installent des planchers vibrants qui conduisent les vibrations des fréquences basses. On peut aussi distribuer aux personnes malentendantes des récepteurs somesthésiques qui transmettent des vibrations tactiles. Enfin les baffles, les enceintes, selon leur taille et leur puissance, peuvent moduler la perception des vibrations. [0005] Plus récemment on a développé des équipements de transmission tactiles se présentant sous la forme d'un collier, d'un bracelet et d'une broche qui, combinés, "forment un système sensoriel alternatif traduisant les pistes audio en vibrations", connu sous le nom de Vibeat et relié par Bluetooth, il permet ainsi à ceux qui le portent de vivre les chansons grâce au seul toucher, ou encore un sac à dos dénommé « Subpac » (nom commercial), qui vibre au rythme de la musique. État de la technique [0006] On connaît dans l'état de la technique le brevet européen EP0784844 décrivant un appareil pour générer un signal de commande pour un générateur de sensations tactiles comprenant un processeur de signal audio pour traiter des signaux audio et générer un 2 signal traité et un générateur de signal de commande connecté audit processeur de signal audio, pour générer, en réponse audit signal traité un signal de commande du générateur tactile. [0007] Le brevet européen EP2648071B1 décrit un procédé, destiné à convertir un signal audio en un ou plusieurs effets haptiques, comprenant les opérations, consistant à : - analyser le signal audio ; - générer une pluralité de signaux haptiques en fonction de caractéristiques audio du signal audio, dans lequel chaque signal haptique comprend un ou plusieurs paramètres haptiques et dans lequel les un ou plusieurs paramètres haptiques sont déterminés en fonction des caractéristiques audio du signal audio ; - mettre en correspondance la pluralité de signaux haptiques avec une pluralité d'actionneurs, dans lequel un premier signal haptique, qui est généré pour une première trame de données audio qui a une première caractéristique audio, est mis en correspondance avec un premier actionneur, tandis qu'un second signal haptique, qui est généré pour une seconde trame de données audio qui a une seconde caractéristique audio, est mis en correspondance avec un second actionneur; - envoyer chaque signal haptique à son actionneur mis en correspondance et émettre chaque signal haptique à son actionneur mis en correspondance, pour générer un effet haptique parmi les un ou plusieurs effets haptiques. [0008] Le brevet US-A-4779615 décrit un autre exemple de générateur de sensations tactiles qui utilise une source de musique préprogrammée pour créer des schémas de mouvement et de son afin de créer une sensation touchante et émouvante sur le corps d'un utilisateur. [0009] La demande de brevet internationale W02018/027168 décrit un système fournissant des sensations tactiles. Le système comprend un dossier de siège d'un siège, le dossier de siège présentant un côté gauche et un côté droit séparés par une ligne centrale du dossier de siège. Une première pluralité de transducteurs électroactifs agencés le long de la ligne centrale du dossier de siège fournissent un son tactile à un utilisateur. Une seconde pluralité de transducteurs électroactifs situés dans le dossier de siège fournissent des alertes ou une rétroaction tactiles et comprennent un transducteur électroactif côté gauche et un transducteur électroactif côté droit au niveau des côtés gauche et droit du dossier de siège, respectivement. [0010] Cette solution se présente sous la forme de sacs à dos connus sous le nom commercial de « Subpack » prêtés aux spectateurs d'un spectacle musical qui le demandent. ils retransmettent de manière vibratoire les basses fréquences de n'importe quelle source sonore, issue de tous les supports (régie son, ordinateur, smartphone, téléviseur), grâce à un assemblage de transducteurs, de polymères vibro-tactiles et d'électronique. 3 [0011] L'article « The design of tactile musical &vices for the dcaf' de ROBERT JACK, ANDREW MCPHERSON, TONY STOCKMAN paru dans Proceedings of ICMEM 2015 propose une solution prévoyant le traitement d'un signal musical par une série de filtres passe-bande. Une série de signaux de commande est générée en fonction de chaque enveloppe, chaque signal reflétant l'énergie présente dans chaque bande de fréquence. Ces signaux ont été utilisés pour contrôler l'amplitude des signaux adaptés à la plage tactile de la peau. De manière similaire au modèle de substitution de signal utilisé par Merchel et Altinsoy (2014), des signaux de contrôle ont été utilisés pour définir l'amplitude d'une banque de sept tonalités sinusoïdales espacées d'une demi-octave de 15Hz à 120Hz. [0012] Le brevet allemand DE4117694 décrit un dispositif de musicothérapie pour personnes handicapées comporte un haut-parleur pour la reproduction de musique, de parole, de sons et d'autres informations acoustiques, monté dans la surface supérieure d'une caisse de résonance. Une plaque supportée de manière résiliente se trouve à une courte distance au-dessus du haut-parleur, avec un séparateur de fréquence permettant de diviser le mélange de fréquences fourni en une plage de fréquences graves dirigée vers la gamme de haut-parleurs dirigée vers un boîtier satellite. La plage de fréquence transmise au haut-parleur est comprise entre 30 et 300 Hz. Le dispositif est destiné à la "musique vibratoire" correspondant à un type de musique composé, en combinaison, d'un son acoustique de la gamme audio et d'une vibration sensible au corps selon une fréquence spécifiée. Il produit des vibrations ressenties dans la plage d'environ 16 à 150 Hz, pour être utilisée principalement comme musique vibratoire. [0013] Inconvénients de l'art antérieur [0014] Certaines solutions de l'art antérieur visent essentiellement à transmettre la perception du rythme de la musique par une transmission haptique synchrone avec la structure temporelle de la musique (espacement, durée, accentuation des sons musicaux), l'intensité des vibrations étant l'image de la succession régulière de temps forts et de temps faibles de la musique. [0015] Ces solutions sont généralement associées à la perception visuelle des instrumentistes pour une accessibilité hybride à un spectacle. Par exemple, pour un spectacle HipHop, la présence des écrans géants associés à des sacs à dos vibrant permettent de corréler les gestes bien visibles du DI juché sur son estrade, les jeux de lumière, l'espace circulaire créé par les danseurs et les excitations tactiles transmises par le sac à dos. [0016] Ces solutions ne permettent de transmettre que très partiellement les émotions musicales, en particulier pour des compositions musicales ne présentant pas de caractéristiques rythmiques particulières. [0017] D'autres solutions visent à fournir des informations traduisant des aspects mé- lodiques par une informations localisée haptiquement ou visuellement. [0018] Ces solutions nécessitent un apprentissage complexe pour permettre une association entre la localisation physique ou visuelle de l'excitation et la ligne mélodique. [0019] Solution apportée par l'invention [0020] Afin de répondre aux inconvénients de l'art antérieur, et notamment de fournir une meilleures accessibilité des sourds à une expérience musicale et à participer à des spectacles musicaux, l'invention concerne son acception la plus générale un vibratoire sensoriel comprenant au moins un transducteur alimenté par un signal électrique provenant d'un moyen de traitement d'un signal sonore caractérisé en ce que ledit moyen de traitement transpose les fréquences supérieures à une fréquence-seuil Fs, comprise entre 30 et 80 Hz, par une modification de la hauteur du signal audio sans en modifier sa durée, la plage spectrale du signal traité étant inférieure comprise entre 0 et 500 Hz, et de préférence entre 0 et 300 Hz. [0021] Avantageusement, le système comporte deux transducteurs dont l'un reçoit ledit signal traité par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas, et l'autre reçoit ledit signal traité par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut. [0022] L'invention comporte notamment un système vibratoire sensoriel comprenant au moins un transducteur alimenté par un signal électrique provenant d'un moyen de traitement d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de filtres passe-bande FPBi présentant des plages de fréquences [Fi, F1+1] consécutives et couvrant l'ensemble du spectre sonore, Chacun (lesdits filtres passe-bande FPBi fournissant un signal de sortie SPi faisant l'objet d'un traitement ayant pour but de modifier la hauteur d'un signal sonore sans en modifier sa durée FI consistant à limiter l'étendue spectrale du signal de sortie SSi par rapport à l'étendue spectrale de la plage de fréquences [Fi, F1+1] du signal 5P1 Des moyens de mixage desdits signaux traités SSi pour reconstituer un signal électrique d'alimentation dudit transducteur. [0023] De préférence, il comporte au moins deux transducteurs, chacun desdits trans- ducteurs recevant une plage spectrale spécifique dudit signal produit par lesdits moyens de mixage. [0024] Selon un mode de réalisation préféré, une plaque supporte le ou les transducteurs, ladite plaque étant recouverts par une mousse d'isolation phonique. [0025] Selon une variante, ladite plaque supportant le ou les transducteurs est recouverte à l'extérieure par une couche d'élastomère. [0026] Selon une variante, il comporte au moins deux haut-parleurs décalés verticalement. [0027] De préférence, le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur supérieur est une fonction croissante d'une fréquence représentative dudit signal traité, et en ce que le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur inférieur est une fonction décroissante d'une fréquence représentative dudit signal traité. [0028] L'invention concerne aussi un procédé de traitement d'un signal audio pour commander au moins un transducteur d'un système vibratoire sensoriel caractérisé en ce que l'on procède à une séparation spectrale pour produire N signaux SP, correspondant à des plages de fréquences [Fi, F,,,] consécutives et couvrant l'ensemble du spectre sonore, à un traitement consistant à modifier la hauteur d'un signal sonore sans en modifier sa durée, du signal de sortie SS, par rapport à l'étendue spectrale de la plage de fréquence [F,, F1] du signal SP, à un mixage desdits signaux traités SS, pour reconstituer un signal électrique d'alimentation dudit au moins un transducteur. [0029] De préférence, on procède en outre, pour chacun desdits signaux SS, à un deuxième filtrage passe-bande sur la même plage pour améliorer le Facteur Q de qualité. [0030] Avantageusement, on procède en outre à un filtrage passe-bas pour l'alimentation d'un premier transducteur et un filtrage passe-haut pour l'alimentation d'un second transducteur. [0031] Selon une variante, le système vibratoire fournit aussi un flux stéréo original comportant des informations sonores non traitées. [0032] Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention [0033] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : [0034] [fig.1] La figure 1 représente une vue schématique d'un système selon l'invention. [0035] [fig.2] la figure 2 représente un schéma de principe du traitement du signal audio. [0036] Description matérielle [0037] Le système est constitué par un bloc autonome d'une dimension d'environ 200x400 mm et une épaisseur de 150 mm, utilisable comme un dossier ou un coussin. Il comprend une plaque rigide (10) de 1 à 3 mm d'épaisseur en matière plastique, par exemple en polycarbonate ou PVC, sur laquelle sont fixés deux transducteurs (1, 3). Ces transducteurs (1, 3) sont entourés par une mousse phonique (11), et recouverts à l'arrière par des blocs de mousse phonique respectivement (2, 4). [0038] La surface extérieure peut être recouverte par une couche de néoprène (12) pour améliorer le confort de l'utilisateur sans sacrifier la sensation des vibrations. Cette couche extérieure en néoprène contribue aussi à un léger amortissement vibratoire de façon à procurer un ressenti doux mais précis. [0039] Les deux transducteurs (1, 3) peuvent être logés dans une case sculptée à la forme et mesure de chaque transducteur de façon à pouvoir les encastrer à l'intérieur. Leur position est alors fixée, et les bruits et vibrations parasites sont considérablement 6 atténués. Elle est réalisée en trois couches de 10 mm d'épaisseur : cette technique permet une facilité de sculptagc et d'accès aux transducteurs en cas de dépannage. La première couche est collée à la surface vibrante. Les deux autres sont respectivement vissées à la couche précédente. [0040] Le premier transducteur (1) est destiné aux fréquences inférieures à une valeur seuil VT, comprise entre 60 et 100 Hz, de préférence 80 Hz. [0041] Le deuxième transducteur (3) est destiné aux fréquences dans une bande supérieure, de préférence entre la valeur-seuil VT, du premier transducteur (1) et une valeur seuil supérieure comprise entre 200 et 400 Hz, de préférence 300 Hz. [0042] Le système comprend aussi un circuit électronique (5) avec une alimentation par batterie, comprenant un module radiofréquence, par exemple Bluetooth ou WIFI, et un amplificateur (400) délivrant les signaux d'excitation des transducteurs (1, 3). Un filtre passe-bas (35) délivre les signaux au premier transducteur (1). Un filtre passe-haut (45) ou passe-bande délivre les signaux au deuxième transducteur (3). Les composants électroniques sont placés sur une couche de 5mm de néoprène afin d'amortir l'impact des vibrations. [0043] Traitement des signaux transmis au bloc autonome [0044] Les signaux transmis au bloc autonome correspondent à des signaux audios ayant fait l'objet d'un traitement spécifique, en temps réel ou éventuellement enregistrés et diffusés de manière synchrone avec les signaux audio. [0045] Le traitement consiste à décomposer le signal audio en N plages de fréquence, avec un module comportant des filtres passe-bandes. Il comprend par exemple d'un équaliseur (100) connu dans les studios de mixages séparant les signaux correspondant aux plages de fréquences consécutives pour fournir N voies, correspondant chacune à une plage de fréquence. [0046] A titre d'exemple, les bandes de fréquences sont les suivantes : 0 à 50 Hz correspondant à la plage des « sub-basses » 50 à 200 Hz correspondant à la plage des basses 200 à 10 Khz correspondant à la plage des messages (bas-médium, médium et aiguës) khz à 20 Khz correspondant à la plage de l'intelligibilité. [0047] Sur la voie « sub-basse », on n'applique aucune modification du signal, sauf l'application éventuelle d'un retard pour permettre la resynchronisation avec les signaux des autres bandes de fréquences. [0048] Sur la voie « basses », on applique un traitement (110) de type « pitch shift » pour modifier la hauteur du signal sonore dans cette plage de fréquence, sans en modifier sa durée. Il peut être utilisé en flux continu par le recours à un tampon audio, ce qui crée une latence. Un tel traitement de création d'un signal de sortie à timbre décalé à partir 7 d'un signal d'entrée, avec les étapes suivantes : [0049] - réception d'une représentation numérique d'un signal d'entrée échantillonné à une première cadence ; [0050] - rééchantillonnage de ladite représentation numérique du signal d'entrée à une seconde cadence qui diffère de ladite première cadence ; et [0051] - création d'une représentation numérique du signal de sortie à timbre décalé en extrayant de façon périodique un segment du signal d'entrée ré-échantillonné et reproduction des segments extraits à une cadence égale à une fréquence fondamentale du signal de sortie, et sortie du signal de sortie à timbre décalé à une cadence de sortie égale à ladite première cadence. [0052] La plage de fréquences à la sortie de ce traitement est comprise entre 50 et 100 Hz. [0053] On procède en outre un traitement additionnel (111) pour réduire les perturbations in- troduites par les harmoniques résultant des signaux additionnels introduite pour maintenir la durée de la séquence traitée. Cc traitement consiste en un filtrage par un filtre passe-bande 50-100 Hz et de limitation de niveau (compression). [0054] Optionnellement, la plage 50 à 100 Hz est subdivisée en plusieurs intervalles, par exemple trois, faisant chacun l'objet d'un traitement spécifique de type « pitch shift ». [0055] Le signal dans la plage 200 Hz à 10 KHz fait également l'objet d'un traitement (120) de type « pitch shift » pour fournir un signal de sortie dans une plage de fréquence 100 à 180 Hz, avec un traitement (121) par un filtre passe-bande pour éliminer les harmoniques résultant du procédé « Pitch shift ». [0056] Le signal de fréquence supérieure à 10 KHz fait également l'objet d'un traitement (130) de type « pitch shift » pour fournir un signal de sortie dans une plage de fréquence 180 à 200 Hz, avec un traitement (131) par un filtre passe-bande pour éliminer les harmoniques résultant du procédé « Pitch shift ». [0057] Les voies sont ensuite additionnées par un module (200), avec une pondération du niveau de chaque voie. [0058] Les paramètres de recombinaison des voies sont fonctions de style de musique. A cet effet, une mémoire (300) est destinée à l'enregistrement d'une table associant les styles de musiques avec les paramètres de pondération des voies spectrales. Un module (250) peimet de sélection le style de musique en cours de diffusion, pour paramétrer le module de recombinaison (200). Éventuellement, le module de sélection (250) peut comporter des moyens de reconnaissance automatique du style musical, par exemple par un logiciel comparant un échantillon de musique jouée avec une base d'empreintes acoustiques enregistrées dans une base de données de référence. [0059] Les traitements du signal peuvent être réalisée par une application logicielle dédiée de type plug-in assurant les fonctions de mixage (EQ - PITCH SHIFT - EQ2), ou encore sous forme d'un composant électronique dédié. 8 [0060] Variante à plusieurs haut-parleurs [0061] Selon un exemple préféré, de bloc de restitution comprend au moins un haut-parleur supérieur et un haut-parleur inférieur. Il peut éventuellement comporter des haut-parleurs additionnels pour former une colonne de haut-parleurs. [0062] Le haut-parleur supérieur privilégie le message aigu et donc la partie supérieure des signaux traités. [0063] Le haut-parleur inférieur privilégie le message grave et donc la partie inférieure des signaux traités. [0064] A cet effet, le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur supérieur est une fonction croissante d'une fréquence représentative dudit signal traité, et en ce que le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur inférieur est une fonction décroissante d'une fréquence représentative dudit signal traité. [0065] Le terme de -fréquence représentative" désigne par exemple : La fréquence médiane du signal traité Une fréquence déterminée en fonction de la nature de l'instrument d'exécution du signal originel, déterminé par exemple par un système de reconnaissance automatique ou par une saisie manuelle par un opérateur humain ou par un système de reconnaissance automatique de la nature de l'instrument et/ou du type musical, le cas échéant par référence à un catalogue numérique. [0066] Une solution pour paramétrer la répartition du signal traité entre le haut-parleurs supérieur et le haut-pal-leur inférieur consiste à analyser spectralement le signal originel d'entrée pour caractériser le type musical et obtenir les paramètres d'adaptation du niveau de traitement des plages spectrales en temps réel. [0067] Alternatives [0068] Le système peut bien entendu également retranscrire un flux audio normal. Dans ce cas, une partie du flux audio déjà codifié par les traitements est transmise sur le flux stereo A et le flux stéréo B sert à l'envoie au système des informations "normales" pour une possible écoute au casque à travers le système. 9 [Revendication I] [Revendication 2] [Revendication 3] REVENDICATIONS- Système vibratoire sensoriel comprenant au moins un transducteur (1, 3) alimenté par un signal électrique provenant d'un moyen de traitement d'un signal sonore caractérisé en cc que ledit moyen dc traitement transpose les fréquences supérieures à une fréquence-seuil Fs, comprise entre 30 et 80 Hz, par unc modification de la hauteur du signal audio sans en modifier sa durée, la plage spectrale du signal traité étant inférieure comprise entre 0 et 500 Hz, et de préférence entre 0 et 300 Hz. - Système vibratoire sensoriel selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte deux transducteurs (1, 3) dont l'un reçoit ledit signal traité par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas (35), et l'autre reçoit ledit signal traité par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut (45). - Système vibratoire sensoriel comprenant au moins un transducteur (1, 3) alimenté par un signal électrique provenant d'un moyen de traitement d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de filtres passe-bande FP13; présentant des plages de fréquences [Fi, Fin] consécutives et couvrant l'ensemble du spectre sonore, Chacun desdits filtres passe-bande F113; fournissant un signal de sortie SPi faisant l'objet d'un traitement ayant pour but de modifier la hauteur d'un signal sonore sans en modifier sa durée FI consistant à limiter l'étendue spectrale du signal de sortie SSi par rapport à l'étendue spectrale de la plage de fréquences [Fi, F1.1] du signal SPi Des moyens de mixage desdits signaux traités SSi pour reconstituer un signal électrique d'alimentation dudit transducteur. [Revendication 4] - Système vibratoire sensoriel selon la revendication 3 caractérisé en cc qu'il comporte au moins deux transducteurs (1, 3), chacun desdits transducteurs recevant une plage spectrale spécifique dudit signal produit par lesdits moyens de mixage. [Revendication 5] - Système vibratoire sensoriel selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une plaque (10) supportant le ou les transducteurs (1, 3), recouverts par une mousse d'isolation phonique (11). [Revendication 6] - Système vibratoire sensoriel selon la revendication 5 caractérisé en ce 10 [Revendication 7] [Revendication 8] que ladite plaque (10) supportant le ou les transducteurs (1, 3) est recouverte à l'extérieure par une couche d'élastomère (12). [Revendication 9] - Système vibratoire sensoriel selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux haut-parleurs décalés verticalement. - Système vibratoire sensoriel selon la revendication 7 caractérisé en ce que le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur supérieur est une fonction croissante d'une fréquence représentative dudit signal traité, et en ce que le niveau d'amplification du signal traité délivré au haut-parleur inférieur est une fonction décroissante d'une fréquence représentative dudit signal traité. - Procédé de traitement d'un signal audio pour commander au moins un transducteur d'un système vibratoire sensoriel caractérisé en ce que l'on procède à une séparation spectrale pour produire N signaux SP; correspondant à des plages de fréquences [Fi, Fi+d consécutives et couvrant l'ensemble du spectre sonore, à un traitement consistant à modifier la hauteur d'un signal sonore sans en modifier sa durée, du signal de sortie SSi par rapport à l'étendue spectrale de la plage de fréquence [Fi, F1,1] du signal SP; à un mixage desdits signaux traités SS; pour reconstituer un signal électrique d'alimentation dudit au moins un transducteur. [Revendication 10] - Procédé de traitement d'un signal audio pour commander au moins un transducteur d'un système vibratoire sensoriel selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'on procède en outre, pour chacun desdits signaux SS; à un deuxième filtrage passe-bande sur la même plage pour améliorer le Facteur Q de qualité. [Revendication 11] - Procédé de traitement d'un signal audio pour commander au moins un transducteur d'un système vibratoire sensoriel selon la revendication 7 ou 8 caractérisé en ce que l'on procède en outre à un filtrage passe-bas pour l'alimentation d'un premier transducteur et un filtrage passe-haut pour l'alimentation d'un second transducteur. [Revendication 12] - Procédé de traitement d'un signal audio pour commander au moins un transducteur d'un système vibratoire sensoriel selon l'une au moins des revendication 9 à il caractérisé en ce que le système vibratoire fournit 11 aussi un flux stéréo original comportant des informations sonores non traitées.