Brevet FR3131972A1 — publié le 20230721

L’invention concerne un procédé (1) de gestion des basses fréquences d’un haut-parleur embarqué dans un véhicule. Selon l’invention, le procédé comporte : - une étape de calibration (10) d’une chaîne sonore du véhicule incluant le haut-parleur, pour atteindre un ensemble de spécifications ; - une étape de mesure (11) d’indicateurs acoustiques du haut-parleur incluant un indicateur de distorsion ; - une étape de gestion des basses fréquences (12). L’invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Figure pour l’abrégé : figure 1 Procédé de gestion des basses fréquences d’un haut-parleur et dispositif pour la mise en œuvre dudit procédé La présente invention se rapport à un procédé de gestion des basses fréquences d’un haut-parleur. Plus particulièrement, la présente invention concerne la gestion des basses fréquences de haut-parleurs embarqués dans un véhicule. L’invention concerne également un dispositif permettant la mise en œuvre dudit procédé. Il existe dans l’art antérieur des systèmes de gestion de basses fréquences dans les systèmes audios comportant des haut-parleurs. La demande internationale publiée sous le numéro WO 2020/256612 A1 divulgue le traitement de signaux diffusés par plusieurs haut-parleurs pour exploiter les phénomènes d’interférence entre les haut-parleurs afin d’obtenir une réponse en fréquence du système de haut-parleurs relativement uniforme, en particulier dans une bande de fréquence de transition centrée autour d’une fréquence de coupure de filtres passe-bas et passe-haut appliqués aux signaux, et avec une variabilité spatiale limitée dans les basses fréquences. La demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2020/0351585 A1 divulgue un système audio comprenant un subwoofer destiné à la reproduction des basses fréquences, et un haut-parleur destiné à la reproduction des hautes fréquences. Les signaux destinés au subwoofer et au haut-parleur sont pré-filtrés au moyen respectivement d’un filtre passe-bas et d’un filtre passe-haut. La combinaison de ces pré-filtrages entraîne une réponse en fréquence présentant un profil ondulé au niveau d’une bande de fréquence de transition centrée autour d’une fréquence de coupure des filtres. Le haut-parleur destiné à la reproduction des hautes fréquences présente un filtre intégré paramétrable permettant d’aplanir le profil de la réponse en fréquence dans la zone de transition. Le brevet américain publié sous le numéro US 8 842 845 B2 divulgue un procédé automatique d’égalisation du niveau de pression sonore dans les basses fréquences, typiquement pour les fréquences comprises entre 0 et environ 150 Hz, notamment pour uniformiser le niveau de pression sonore dans les basses fréquences, par exemple dans un véhicule, où des ondes stationnaires peuvent apparaître et fausser la perception sonore. Pour cela, un déphasage optimal est appliqué à l’un des signaux, déterminé sur la base de mesures acoustiques et de minimisation d’un écart à une courbe cible du niveau de pression sonore. La présente invention propose une solution alternative aux systèmes de gestion des basses fréquences restituées par des haut-parleurs. Les principaux objectifs du procédé de gestion des basses fréquences selon l’invention sont : - étendre la bande-passante du haut-parleur en égalisant sa réponse en fréquence pour faire en sorte qu’elle soit la plus plate possible ; - réduire le phénomène de distorsion tout en augmentant le niveau des basses fréquences ; - protéger le haut-parleur contre des phénomènes indésirables de type : distorsion, vibrations parasites (connues sous le nom « rattle » en terminologie anglo-saxonne), etc. L’invention concerne un procédé de gestion des basses fréquences d’un haut-parleur embarqué dans un véhicule et appartenant à une chaîne sonore dudit véhicule présentant un niveau de volume ajustable. Selon l’invention, le procédé comporte : - une étape de calibration de la chaîne sonore du véhicule, au cours de laquelle des paramètres de la chaîne sonore sont ajustés pour atteindre un ensemble de spécifications ; - une étape de mesure d’indicateurs acoustiques du haut-parleur au cours de laquelle sont mesurés un ensemble d’indicateurs acoustiques incluant un indicateur de distorsion ; - une étape de gestion des basses fréquences, mettant en œuvre lesdits indicateurs acoustiques, au cours de laquelle une restitution des basses fréquences par le haut-parleur est optimisée à partir des indicateurs acoustiques. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de calibration comprend : - une étape de détermination d’une signature acoustique d’un habitacle du véhicule ; - une étape de comparaison de ladite signature acoustique mesurée avec une signature acoustique cible ; - une étape de détermination de filtres pour diminuer un écart entre ladite signature acoustique mesurée et ladite signature acoustique cible. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de calibration comprend un pré-réglage préalable réalisé sur des paramètres ajustables de composants dimensionnants de la chaîne sonore. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de mesure comporte une étape de caractérisation du haut-parleur au moyen d’un système de mesure, une étape de détermination d’une réponse en fréquence de la chaîne sonore à chaque niveau de volume, une étape de détermination d’un indicateur de distorsion et d’un indicateur de vibrations parasites pour chaque niveau de volume. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de caractérisation du haut-parleur comprend une calibration du système de mesure et une mesure des paramètres de modélisation du haut-parleur. Dans un mode de mise en œuvre, le système de mesure comprend un laser et un microphone. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de détermination d’une réponse en fréquence de la chaîne sonore à chaque niveau de volume comprend les étapes suivantes : - réglage du pas de volume du système audio du véhicule, initialement à sa valeur minimale ; - génération d’un signal d’excitation permettant une exploration en fréquence ; - mesure de la réponse en fréquence au moyen du microphone ; - mesure d’une excursion d’une membrane du haut-parleur au moyen du laser ; - incrémentation du pas de volume ; lesdites étapes étant répétées jusqu’au pas de volume maximal inclus. Dans un mode de mise en œuvre, la détermination des indicateurs de distorsion et de vibrations parasites est réalisée en mesurant une réponse en fréquence au moyen du microphone placé au niveau d’une position estimée de la tête d’un conducteur, et comprend les étapes suivantes : - mesure d’un bruit de fond ; - réglage du pas de volume, initialement à sa valeur minimale ; - génération d’un signal d’excitation de type signal à balayage sinusoïdal ; - mesure de la réponse en fréquence au moyen du microphone ; - mesure de l’excursion de la membrane au moyen du laser ; - incrémentation du pas de volume ; lesdites étapes étant répétées jusqu’au pas de volume maximal inclus. Dans un mode de mise en œuvre, les mesures réalisées lors de l’étape de mesure des indicateurs acoustiques du haut-parleur sont réalisées en boucle ouverte, les signaux d’excitation et de mesure étant réalignées temporellement avant post-traitement. Dans un mode de mise en œuvre, les signaux sont post-traités au moyen notamment de transformées de Fourier à court terme. Dans un mode de mise en œuvre, l’étape de gestion des basses fréquences comprend : - une étape d’extension de largeur de bande pour rapprocher la réponse en fréquence du haut-parleur d’une réponse en fréquence cible ; - une étape de protection du haut-parleur. Dans un mode de mise en œuvre, au cours de l’étape d’extension de largeur de bande, il est déterminé un potentiel acoustique, correspondant, pour une fréquence donnée et un point de fonctionnement donné de la chaîne sonore, à une amplitude maximale autorisée pour le signal au-delà de laquelle l’indicateur de distorsion est supérieur à une spécification pour ledit point de fonctionnement, ledit potentiel acoustique étant calculé pour chacun des niveaux de volume, en comparant les mesures d’indicateur de distorsion réalisées lors de l’étape de mesure à la spécification pour le volume considéré. Dans un mode de mise en œuvre, au cours de l’étape d’extension de largeur de bande, il est appliqué, pour chaque niveau de volume, une égalisation au haut-parleur, dont un gain à une fréquence donnée est donné par un écart entre le potentiel acoustique et la réponse en fréquence mesurée lors de l’étape de mesure. Dans un mode de mise en œuvre, l’égalisation est réalisée au moyen de quatre filtres comprenant un filtre passe-haut et un filtre « low-shelf », utilisés essentiellement pour corriger des bandes fréquences inférieures à la fréquence de coupure du haut-parleur, et deux filtres de type « peak », essentiellement utilisés pour corriger une bande de fréquences centrée autour de la fréquence de coupure du haut-parleur, un jeu de paramètres des filtres étant initialisé puis optimisé en fonction de la réponse en fréquence cible. Dans un mode de mise en œuvre, l’optimisation des paramètres des filtres est réalisée de manière itérative. Dans un mode de mise en œuvre, au cours de l’étape de protection du haut-parleur, il est mis en œuvre un égaliseur dynamique comportant au moins un filtre de type coupe-bande présentant chacun une fréquence centrale et un facteur de qualité prédéterminés et un gain dynamique, chacune des fréquences centrales étant définie en fonction du phénomène acoustique qu’il convient de maîtriser, et ledit gain dynamique se déclenchant dès lors que le signal franchit une valeur seuil. Dans un mode de mise en œuvre, le procédé comporte par ailleurs une étape de linéarisation du haut-parleur. L’invention concerne également un dispositif pour la gestion des basses fréquences d’un haut-parleur. Selon l’invention, le dispositif comporte : - des moyens pour calibrer la chaîne sonore du véhicule ; - des moyens pour mesurer des indicateurs acoustiques du haut-parleur ; - des moyens pour étendre la bande-passante du haut-parleur ; - des moyens pour limiter l’amplitude des fréquences occasionnant des phénomènes acoustiques indésirables. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte également des moyens pour compenser les non-linéarités du haut-parleur. Dans un mode de réalisation, les moyens pour mesurer des indicateurs acoustiques du haut-parleur comprennent un microphone et un laser. représente un diagramme schématique du procédé de gestion des basses fréquences selon l’invention. représente un diagramme schématique de l’étape de mesure du procédé de gestion des basses fréquences selon l’invention. illustre un décalage temporel entre signaux d’excitation et mesuré lors des mesures réalisées en boucle ouverte dans le cadre du procédé selon l’invention. illustre le signal obtenu après synchronisation des signaux d’excitation et mesuré illustrés sur la . illustre une réponse en fréquence type d’un haut-parleur, et une réponse en fréquence idéale. illustre une réponse en fréquence cible, définissant une réponse en fréquence cible correspondant à une amplitude maximale permettant de satisfaire aux spécifications, en termes de contraintes mécaniques ou de distorsion générée. illustre la réponse en fréquence obtenue après optimisation des paramètres de filtres lors de l’étape d’extension de la largeur de bande. illustre la courbe d’égalisation appliquée pour l’obtention de la réponse en fréquence de la . Procédé (1) de gestion des basses fréquences d’un haut-parleur embarqué dans un véhicule et appartenant à une chaîne sonore dudit véhicule présentant un niveau de volume ajustable, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape de calibration (10) de la chaîne sonore du véhicule, au cours de laquelle des paramètres de la chaîne sonore sont ajustés pour atteindre un ensemble de spécifications ; - une étape de mesure (11) d’indicateurs acoustiques du haut-parleur au cours de laquelle sont mesurés un ensemble d’indicateurs acoustiques incluant un indicateur de distorsion ; - une étape de gestion des basses fréquences (12), mettant en œuvre lesdits indicateurs acoustiques, au cours de laquelle une restitution des basses fréquences par le haut-parleur est optimisée. Procédé (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que l’étape de calibration (10) comprend : - une étape de détermination d’une signature acoustique d’un habitacle du véhicule ; - une étape de comparaison de ladite signature acoustique mesurée avec une signature acoustique cible ; - une étape de détermination de filtres pour diminuer un écart entre ladite signature acoustique mesurée et ladite signature acoustique cible. Procédé (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que l’étape de calibration (10) comprend un pré-réglage préalable réalisé sur des paramètres ajustables de composants dimensionnants de la chaîne sonore. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de mesurée (11) comporte une étape (110) de caractérisation du haut-parleur au moyen d’un système de mesure, une étape (111) de détermination d’une réponse en fréquence de la chaîne sonore à chaque niveau de volume, une étape (112) de détermination d’un indicateur de distorsion et d’un indicateur de vibrations parasites pour chaque niveau de volume. Procédé (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que l’étape (110) de caractérisation du haut-parleur comprend une calibration du système de mesure et une mesure des paramètres de modélisation du haut-parleur. Procédé (1) selon la revendication 4 ou la revendication 5 caractérisé en ce que le système de mesure comprend un laser et un microphone. Procédé (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que l’étape (111) de détermination d’une réponse en fréquence de la chaîne sonore à chaque niveau de volume comprend les étapes suivantes : - réglage du pas de volume du système audio du véhicule, initialement à sa valeur minimale ; - génération d’un signal d’excitation permettant une exploration en fréquence ; - mesure de la réponse en fréquence au moyen du microphone ; - mesure d’une excursion d’une membrane du haut-parleur au moyen du laser ; - incrémentation du pas de volume ; lesdites étapes étant répétées jusqu’au pas de volume maximal inclus. Procédé (1) selon la revendication 6 ou la revendication 7 caractérisé en ce que la détermination des indicateurs de distorsion et de vibrations parasites est réalisée en mesurant une réponse en fréquence au moyen du microphone placé au niveau d’une position estimée de la tête d’un conducteur, et comprend les étapes suivantes : - mesure d’un bruit de fond ; - réglage du pas de volume, initialement à sa valeur minimale ; - génération d’un signal d’excitation de type signal à balayage sinusoïdal ; - mesure de la réponse en fréquence au moyen du microphone ; - mesure de l’excursion de la membrane au moyen du laser ; - incrémentation du pas de volume ; lesdites étapes étant répétées jusqu’au pas de volume maximal inclus. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les mesures réalisées lors de l’étape de mesure (11) des indicateurs acoustiques du haut-parleur sont réalisées en boucle ouverte, les signaux d’excitation (Se) et de mesure (S) étant réalignées temporellement avant post-traitement. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les signaux sont post-traités au moyen notamment de transformées de Fourier à court terme. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l’étape de gestion des basses fréquences (12) comprend : - une étape d’extension de largeur de bande (120) pour rapprocher la réponse en fréquence du haut-parleur d’une réponse en fréquence cible ; - une étape de protection du haut-parleur (121). Procédé (1) selon la revendication 11 caractérisé en ce que, au cours de l’étape d’extension de largeur de bande (120), il est déterminé un potentiel acoustique, correspondant, pour une fréquence donnée et un point de fonctionnement donné de la chaîne sonore, à une amplitude maximale autorisée pour le signal au-delà de laquelle l’indicateur de distorsion est supérieur à une spécification pour ledit point de fonctionnement, ledit potentiel acoustique étant calculé pour chacun des niveaux de volume, en comparant les mesures d’indicateur de distorsion réalisées lors de l’étape de mesure (11) à la spécification pour le volume considéré. Procédé (1) selon la revendication 12 caractérisé en ce que, au cours de l’étape d’extension de largeur de bande (120), il est appliqué, pour chaque niveau de volume, une égalisation au haut-parleur, dont un gain à une fréquence donnée est donné par un écart entre le potentiel acoustique et la réponse en fréquence mesurée lors de l’étape de mesure (11). Procédé (1) selon la revendication 13 caractérisé en ce que l’égalisation est réalisée au moyen de quatre filtres comprenant un filtre passe-haut et un filtre « low-shelf », utilisés essentiellement pour corriger des bandes de fréquences inférieures à la fréquence de coupure du haut-parleur, et deux filtres de type « peak », essentiellement utilisés pour corriger une bande de fréquences centrée autour de la fréquence de coupure du haut-parleur, un jeu de paramètres des filtres étant initialisé puis optimisé en fonction de la réponse en fréquence cible. Procédé (1) selon la revendication 14 caractérisé en ce que l’optimisation des paramètres des filtres est réalisée de manière itérative. Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications 11 à 15 caractérisé en ce que, au cours de l’étape de protection du haut-parleur (121), il est mis en œuvre un égaliseur dynamique comportant au moins un filtre de type coupe-bande présentant chacun une fréquence centrale et un facteur de qualité prédéterminés et un gain dynamique, chacune des fréquences centrales étant définie en fonction du phénomène acoustique qu’il convient de maîtriser, et ledit gain dynamique se déclenchant dès lors que le signal franchit une valeur seuil. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 16 caractérisé en ce qu’il comporte par ailleurs une étape de linéarisation du haut-parleur (122). Dispositif pour la gestion des basses fréquences d’un haut-parleur caractérisé en ce qu’il comporte : - des moyens pour calibrer la chaîne sonore du véhicule ; - des moyens pour mesurer des indicateurs acoustiques du haut-parleur ; - des moyens pour étendre la bande-passante du haut-parleur ; - des moyens pour limiter l’amplitude des fréquences occasionnant des phénomènes acoustiques indésirables. Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce qu’il comporte également des moyens pour compenser les non-linéarités du haut-parleur. Dispositif selon la revendication 18 ou la revendication 19 caractérisé en ce que les moyens pour mesurer des indicateurs acoustiques du haut-parleur comprennent un microphone et un laser.