Brevet FR3158205A1 — publié le 20250711

Procédé de détection de vent L’invention concerne un procédé de détection du vent mis en œuvre dans un dispositif de restitution sonore et comprenant les étapes suivantes : - la mesure d’un premier signal extérieur échantillonné depuis un premier microphone externe (30), - la mesure d’un second signal extérieur échantillonné depuis un second microphone externe (35), et - le calcul d’une corrélation croisée entre les premier et second signaux externes comporte en outre : - le calcul d’une variation au cours du temps d’une phrase de la corrélation croisée, et - la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Procédé de détection de vent La présente invention concerne un procédé de détection de vent, du type mis en œuvre dans un dispositif de restitution sonore et comprenant les étapes suivantes : - la mesure d’un premier signal extérieur échantillonné ( ) depuis un premier microphone externe ; - la mesure d’un second signal extérieur échantillonné ( ) depuis un second microphone externe ; et - le calcul d’une corrélation croisée ( ) entre les premier et second signaux externes ( , ). Les oreillettes ou casques incorporent souvent un traitement anti-bruit permettant d’atténuer ou d’amplifier le bruit extérieur. Les chaînes de traitement anti-bruit utilisent un microphone externe de capture du son ambiant extérieur à la cavité. Quand un microphone est dans un flux d’air, la variation de la pression provenant des turbulences de ce flux d’air dévie le diaphragme du microphone, ce qui entraîne un bruit de vent dans le signal de sortie du microphone. Le microphone extérieur qui est utilisé pour l’annulation active du bruit alimente le contrôleur de réduction de bruit avec un signal bruyant qui nécessite un traitement spécifique tenant compte de l’existence ou non de vent. La mise en œuvre de moyens de détection du vent est décrite dans le document US 2004/0161120 A1. Ce document concerne un dispositif pour détecter la présence de vent comprenant deux microphones externes. Chaque microphone est relié à un dispositif de traitement qui génère une corrélation croisée entre un premier et un second signal issu des microphones. Le dispositif de traitement génère également un signal correspondant à l’autocorrélation du premier ou du second signal. Le dispositif de traitement compare les valeurs de l’autocorrélation et de la corrélation croisée. Les moyens de comparaison sont arrangés pour détecter si l’autocorrélation d’un signal est plus grande que la corrélation croisée des deux signaux. La satisfaction de cette condition indique la présence de bruit du vent. Ces moyens de détection de vent sont relativement peu fiables pour la détection du vent. L’invention a pour but de proposer un procédé de détection du vent plus fiable. À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de détection du vent, du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte en outre : - le calcul d’une variation ) au cours du temps d’une phrase ( ) de la corrélation croisée ( ) ; et - la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ). Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le calcul d’une énergie ) d’au moins un signal extérieur et la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ) et de l’énergie calculée ) ; le calcul d’une auto-corrélation ( ) de chaque premier et second signal externe échantillonné ( , ), un calcul de cohérence entre les deux autocorrélations calculées et la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ) et de la cohérence calculée ; une étape de calcul d’un estimateur de vent ( ) égal à un estimateur de variation de phase dépendant de la variation de phase calculée ), du produit d’un estimateur de cohérence dépendant de la cohérence calculée , d’un estimateur d’énergie dépendant de l'énergie calculée ) et de l’estimateur de variation de phase, et dans lequel la détermination de la présence de vent comprend la comparaison de l’estimateur de vent ( ) à au moins un seuil prédéterminé (T1) ; l’estimateur de vent WE [n] est donné par la formule suivante : où est la cohérence calculée ; est la variation de phase ; est l’énergie d’au moins l’un des premier et second signaux ; et a1, a2, et a3 sont des poids ; le calcul de la corrélation croisée ( ) de manière récursive de sorte que la corrélation croisée au pas suivant est calculée en fonction des signaux échantillonnés au pas suivant ( , ) et de la corrélation croisée ( ) au pas précédent ; le calcul de la corrélation croisée est donné par la formule : Où : est un paramètre compris entre 0 et 1, et sont des transformées de fourier des signaux mesurés depuis les premier et second microphones (30, 35), est le conjugué de et est la corrélation croisée des deux signaux au pas précédent. L’invention concerne en outre un procédé de traitement de bruit externe comportant : la détection de vent par mise en œuvre d’un procédé tel que ci-dessus, et l’application d’un traitement de bruit externe dépendant de la détection de vent. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le traitement de bruit externe comporte un mode réduction de bruit (ANC) dans lequel, en présence de vent, le signal issu d’au moins l’un des microphones externes est filtré par un filtre pic à une fréquence comprise entre 1,5 et 2,5 kHz ; et le traitement de bruit externe comporte un mode transparent dans lequel, en présence de vent, le signal issu d’au moins l’un des microphones externes est filtré à la fois par un passe bas étagé à une fréquence comprise entre 200 et 300 Hz et un filtre pic à une fréquence comprise entre 800 Hz et 1 kHz. L’invention a également pour objet un dispositif de détection de vent comportant : - un premier et un second microphones externes et des moyens de traitement propres à la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessus. L’invention a aussi pour objet un dispositif de restitution sonore comportant ; - il comprend un premier et un second microphones externes et un module de traitement de bruit externe propre à mettre en œuvre un procédé tel que ci-dessus. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : FIG. 1 La FIG. 1 est une vue schématique d’une oreillette selon l’invention ; FIG. 2 La FIG. 2 est un schéma bloc de l’oreillette selon l’invention ; et FIG. 3 La FIG. 3 est un schéma bloc du détecteur de vent selon l’invention. Sur la FIG. 1 , l’oreillette 1 comporte comme connu un embout 5 propre à être introduit dans le canal auditif. Cet embout délimite une cavité 10 de restitution sonore. Un boîtier 15 prolonge la cavité 10 à l’extérieur de l’oreille. Ce boîtier 15 reçoit comme connu en soi les composants électroniques de l’oreillette. Un transducteur électroacoustique 20 est disposé dans cette cavité 10 en regard du conduit auditif de l’oreille. Ce transducteur 20 est propre à émettre soit un signal antibruit, soit un signal de transparence dans la cavité 10 ainsi éventuellement qu’à assurer la reproduction d’un signal sonore tel que de la musique ou de la voix. Le transducteur 20 est relié à un module 25 de traitement du bruit externe pour recevoir un signal d’excitation. L’oreillette comporte un premier microphone externe 30 utilisé seulement pour l’atténuation de bruit. L’oreillette comporte aussi un second microphone 35 propre à capter la voix du porteur de l’oreillette lorsqu’il parle. Les deux microphones 30, 35 sont propres à capter chacun un son ambiant extérieur à la cavité 10 suivant des orientations distinctes. Les deux microphones 30, 35 sont reliés à un détecteur de vent 40. En outre l’oreillette comporte un microphone interne 45 disposé dans la cavité 10 pour la capture du son interne dans la cavité. Le microphone 45 interne est relié au module de traitement du bruit externe 25 pour assurer une boucle de contre réaction. Sur la FIG. 2 , les éléments de l’oreillette illustrés sur la FIG. 1 portent le même numéro de référence. Ainsi, on retrouve les deux microphones externes 30 et 35 ainsi que le microphone interne 45 et le détecteur de vent 40. Le module de traitement du bruit externe 25 comporte, en entrée, une unité de synthèse 50 à laquelle sont reliés les deux microphones externes 30 et 35. Cette unité de synthèse 50 est propre à combiner les deux signaux issus des microphones externes 30 et 35 en un seul signal, en tenant compte de la position des deux microphones sur l’oreillette et de leur orientation pour reconstituer un signal unique représentatif du son externe perçu suivant une unique direction. La combinaison de ces deux microphones permet par exemple de faire une formation d’un faisceau (beamforming en anglais) dans la direction de la bouche de l'utilisateur, dans le cas d'une prise de son voix. La direction du faisceau formé est réglable, via la valeur du délai appliqué aux signaux entre les deux microphones. Le signal issu de l’unité de synthèse 50 est adressé à un filtre adaptatif de réduction de bruit du vent 55. Ce filtre de réduction de bruit du vent est adaptatif en fonction que du vent ait ou non été détecté et en fonction du type de traitement assuré par le module de traitement de bruit externe 25. À cet effet, le détecteur de bruit du vent 40 est relié au filtre 55 pour adresser un signal représentatif de la présence du vent, une valeur 0 s’il n’y a pas de vent, et une valeur 1 s’il y a du vent par exemple. L’oreillette comporte un sélecteur manuel 56 de sélection du mode de fonctionnement. Les deux modes de fonctionnement sont le mode transparent qui permet d’entendre les bruits extérieurs sans les atténuer par la structure de l’oreillette et le mode de réduction de bruit qui lui atténue au maximum les bruits extérieurs. Le commutateur 56 est relié au filtre de réduction de vent 55 pour qu’il adapte le filtre mis en œuvre, en présence de vent en fonction du mode de fonctionnement sélectionné. Si le mode d’atténuation de bruit est choisi, le filtre de réduction de vent 55 met en œuvre un filtre dans lequel le signal issu d’au moins l’un des microphones externes ou leur combinaison est filtré par un filtre peaking à une fréquence comprise entre 1,5 et 2,5 kHz et de préférence égale à 2 kHz. Si le mode transparent est choisi, le filtre de réduction de vent 55 met en œuvre un filtre dans lequel le signal issu d’au moins l’un des microphones externes ou leur combinaison est filtré à la fois par un low shelf filter à une fréquence comprise entre 200 et 300 Hz et de préférence égale à 250 Hz et un filtre peaking à une fréquence comprise entre 800 Hz et 1 kHz et de préférence égale à 900 Hz. La sortie du filtre de réduction de bruit de vent 55 est relié à un commutateur 57 propre à adresser le signal dans un filtre de réduction de bruit 60 ou dans un filtre de transparence 65. Le commutateur 57 est relié au sélecteur 56 pour sa commande. Le filtre de réduction de bruit 60 est un filtre de réduction actif du bruit prédictif (connu sous le nom de feed-forward en anglais) fondé sur une estimation de l’inverse du chemin secondaire pour annuler le bruit résiduel transmis au travers de la structure de l’oreillette. Un tel filtre est connu en soi. De même, le filtre de transparence est un filtre d’amplification active du bruit prédictif fondé sur une estimation du chemin primaire pour annuler l’amortissement du son par la structure de l’oreillette. Un tel filtre est connu en soi. Les sorties des filtres 60 et 65 sont reliées à un sommateur 70 dont la sortie est reliée à un sommateur 75. En outre, le sommateur 75 est relié à un filtre antibruit de rétroaction 80 directement alimenté par le microphone interne 45. En variante, le filtre 80 et le microphone 45 sont supprimés. La sortie du sommateur 75 forme une sortie 90 du module de traitement de bruit externe 25 qui est reliée à un amplificateur, non représenté, d’excitation du transducteur 20. Avantageusement, une entrée pour un signal musical est reliée également en entrée de l’amplificateur. La FIG. 3 montre le détail du détecteur de vent 40. Selon la FIG. 3 , les éléments de l’oreillette illustrés sur la FIG. 1 ou 2 portent le même numéro de référence. Ainsi on retrouve les deux microphones externes 30 et 35. Les deux microphones 30 et 35 sont reliés chacun à un module de calcul d’une transformée de fourier rapide 95 et 100. Les signaux mesurés par les microphones 30 et 35 sont échantillonnés à une fréquence prédéterminée et sont notés pour le microphone 30 et pour le microphone 35 et sont stockés dans une mémoire tampon, n représentant l’indice de la fenêtre d’échantillonnage. Les transformées de fourier rapides des signaux x[n] et y[n] sont notées : , . et sont des vecteurs à L coefficients complexes. Comme le bruit du vent est surtout présent en basse fréquence, les vecteurs et issus des transformées de fourier sont tronqués afin de garder seulement les composants aux basses fréquences et réduire ainsi la charge de traitement. Le détecteur de vent 40 comporte deux modules de calcul d’autocorrélation 105, 110 pour les signaux et . Chacune des autocorrélations et est calculée de manière récursive à partir du calcul suivant : Où : désigne le produit terme à terme des deux vecteurs lorsque entre deux vecteurs ; a est un paramètre de lissage compris entre 0 et 1, est l’indice de la fenêtre d’échantillonnage précédente est le conjugué de respectivement, c’est-à-dire le vecteur , respectivement dont les coefficients sont chacun les conjugués. On peut noter ici que et sont des nombres réels car ils proviennent de la multiplication d’un nombre complexe et de son conjugué. On peut noter ici que et sont des nombres réels car ils proviennent de la multiplication d’un nombre complexe et de son conjugué. De même, un module 115 de calcul de corrélation croisée des signaux provenant des microphones 30 et 35 est prévu dans le détecteur de vent 40. Il reçoit les sorties des modules 95, 100 de calcul des transformés de fourier rapides et assure le calcul de la corrélation croisée notée de manière récursive suivant la formule suivante : Avec 0 Les autocorrélations et et la corrélation croisée sont des vecteurs de nombres complexes. Un module de calcul de cohérence 120 est relié à la sortie des deux modules de calcul d’autocorrélation 105 et 110 ainsi qu’à la sortie du module de calcul de corrélation croisée 115. Le calcul de la cohérence notée entre les signaux et est donné par : , où désigne la racine carrée terme à terme Le module 120 est propre à calculer la moyenne notée du carré de la cohérence par la formule où désigne la moyenne arithmétique des coefficients du vecteur. est un nombre réel. Un module de calcul d’énergie 125 est relié à la sortie du premier microphone 30. L’énergie notée du signal du microphone est calculée grâce au calcul suivant : où désigne le module du nombre complexe La sortie du module 115 de calcul de la corrélation croisée est reliée un bloc 130 de calcul de variation de phase . À cet effet, par exemple, l’estimateur 130 est propre à calculer la phase noté qui est la moyenne des arguments des coefficients complexes du vecteur de corrélation croisée est un nombre réel entre 0 et 2π. Le module 130 est en outre propre à calculer différence de phase des signaux de corrélation croisée et correspondant respectivement à la fenêtre actuelle n et à la fenêtre précédente n-1 : . Un bloc d’estimation continu de vent 135 est relié à la sortie du module de calcul d’énergie 125, à la sortie du module de calcul de la cohérence 120 et à la sortie du module de calcul de la variation de phrase 130. Le bloc est propre à calculer un estimateur continu de vent Où a1, a2 et a3 sont des poids. est compris entre 0 et 1. Un estimateur logique de vent 140 est relié à la sortie de l’estimateur continu de vent 135. L’estimateur logique 140 est propre à fournir en sortie 145, un indicateur logique LE pouvant prendre 2 valeurs : 1 en présence de vent, et 0 en l’absence de vent. La valeur de l’indicateur logique LE est déterminée en comparant la valeur de l’estimateur continu de vent WE à un seuil T1 prédéterminé fourni par une mémoire 150. Pour éviter les fluctuations trop rapides, la valeur de l’indicateur logique, LE n’est modifié que si l’estimateur continu de vent est resté pendant au moins une durée prédéterminée de préférence réglable et par exemple égale à une seconde au-delà du seuil prédéterminé. Le fonctionnement de l’algorithme va être maintenant brièvement expliqué. L’oreillette mesure deux signaux et grâce à deux microphones externes 30 et 35. Les transformées de fourier rapide de ces deux signaux sont calculées, pour former des vecteurs à L coefficients complexes. Deux autos-corrélations et , ainsi qu’une corrélation croisée sont calculées de manière récursive. Un estimateur de présence de vent continue est calculé à partir de l’énergie du signal d’un des deux micros, de la cohérence calculée à partir des deux autocorrélations et de la corrélation croisée. La variation de phase est calculée à partir de la corrélation croisée . L’estimateur de présence de vent est ensuite établi par comparaison au seuil T1. En l’absence de vent, aucun filtre n’est mis en œuvre par le filtre adaptatif 55. En présence de vent, et en fonction du mode de fonctionnement sélectionné, l’un des filtres pouvant être implémenté par le filtre adaptatif 55 est mis en œuvre. Procédé de détection du vent mis en œuvre dans un dispositif de restitution sonore et comprenant les étapes suivantes : - la mesure d’un premier signal extérieur échantillonné ( ) depuis un premier microphone externe (30), - la mesure d’un second signal extérieur échantillonné ( ) depuis un second microphone externe (35), et - le calcul d’une corrélation croisée ( ) entre les premier et second signaux externes ( , ), caractérisé en ce qu’il comporte en outre : - le calcul d’une variation ) au cours du temps d’une phrase ( ) de la corrélation croisée ( ), et - la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ). Procédé selon la revendication 1, comprenant le calcul d’une énergie ) d’au moins un signal extérieur et la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ) et de l’énergie calculée ). Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant le calcul d’une auto-corrélation ( ) de chaque premier et second signal externe échantillonné ( , ), un calcul de cohérence entre les deux autocorrélations calculées et la détermination de la présence de vent en fonction au moins de la variation de phase calculée ) et de la cohérence calculée . Procédé selon les revendications 2 et 3, comprenant une étape de calcul d’un estimateur de vent ( ) égal à un estimateur de variation de phase dépendant de la variation de phase calculée ), pondéré du produit d’un estimateur de cohérence dépendant de la cohérence calculée , d’un estimateur d’énergie dépendant de l'énergie calculée ) et de l’estimateur de variation de phase, et dans lequel la détermination de la présence de vent comprend la comparaison de l’estimateur de vent ( ) à au moins un seuil prédéterminé (T1). Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’estimateur de vent WE [n] est donné par la formule suivante : où est la cohérence calculée ; est la variation de phase ; est l’énergie d’au moins l’un des premier et second signaux ; et a1, a2, et a3 sont des poids. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant le calcul de la corrélation croisée ( ) de manière récursive de sorte que la corrélation croisée au pas suivant est calculée en fonction des signaux échantillonnés au pas suivant ( , ) et de la corrélation croisée ( ) au pas précédent. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le calcul de la corrélation croisée est donné par la formule : Où : est un paramètre compris entre 0 et 1, et sont des transformées de fourier des signaux mesurés depuis les premier et second microphones (30, 35), est le conjugué de et est la corrélation croisée des deux signaux au pas précédent. Procédé de traitement de bruit externe comportant la détection de vent par mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, et l’application d’un traitement de bruit externe dépendant de la détection de vent. Procédé de traitement de bruit externe selon la revendication 8, dans lequel le traitement de bruit externe comporte un mode réduction de bruit (ANC) dans lequel, en présence de vent, le signal issu d’au moins l’un des microphones externes est filtré par un filtre pic à une fréquence comprise entre 1,5 et 2,5 kHz. Procédé de traitement de bruit externe selon la revendication 8 ou 9, dans lequel le traitement de bruit externe comporte un mode transparent dans lequel, en présence de vent, le signal issu d’au moins l’un des microphones externes est filtré à la fois par un passe bas étagé à une fréquence comprise entre 200 et 300 Hz et un filtre pic à une fréquence comprise entre 800 Hz et 1 kHz. Dispositif de détection de vent comportant un premier et un second microphones externes (30, 35) et des moyens de traitement propres à la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Dispositif de restitution sonore comportant un premier et un second microphones externes (30, 35) et un module de traitement de bruit externe (25) propre à mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10.