EP2597889B1 - Casque audio a controle actif de bruit de type non-adaptatif - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an audio headset comprising an "active noise control" system.
- Such a headset can be used for listening to an audio source (music for example) from a device such as an MP3 player, radio, smart-phone, etc. to which it is connected by a wired connection or by a wireless link, in particular a connection of the Bluetooth type (trademark of the Bluetooth SIG).
- the headset transducer then reproduces the voice of the remote speaker with which the wearer of the headset is in conversation.
- the helmet includes two headphones joined by a bow.
- Each earpiece comprises a closed shell housing a sound reproduction transducer (hereinafter simply referred to as a "transducer”) and intended to be applied around the user's ear with the interposition of a circumaural pad isolating the ear of the ear. external sound environment.
- transducer a sound reproduction transducer
- the headset When the headset is used in a noisy environment (metro, street, train, airplane, etc.) the wearer is partially protected from noise by the headphones headphones, which isolate it with the closed shell and the circumaural pad.
- ANC Active Noise Control
- the principle of which is to capture the incident noise component by means of a microphone placed on the hull helmet earphones and temporally and spatially superimposing on this noise component an acoustic wave which is ideally the inverted copy of the pressure wave of the noise component. This is to create in this manner a destructive interference with the noise component and reduce, ideally neutralize, the pressure variations of the parasitic acoustic wave.
- a first category is that of ANC methods using adaptive filters, that is to say filters whose transfer function is dynamically changed, continuously, by a real-time analysis algorithm of the signal.
- the DE 37 33 132 A1 is a typical example of an ANC processing implementing such adaptive filters.
- Other examples of ANC methods involving adaptive filters are described in particular in the US 6,041,126 A , US 2003/0228019 A1 and WO 2005/112849 A2 .
- the digital processing introduces significant delays in the compensation signal, and the adaptive character implies a minimum convergence time of the algorithms. All this hinders the responsiveness of the system, especially with regard to irregular noises. As a result, denoising is especially effective against essentially periodic noise in narrow bands.
- the second category of ANC processes - to which belongs the technique of the invention - is that of non-adaptive fixed filtering systems, that is to say where the parameters of the various filters used are predetermined.
- the feedback filtering channel is based on a signal collected by a microphone disposed within the acoustic cavity (hereinafter "front cavity") delimited by the shell of the earpiece, the circumaural pad and the transducer.
- this microphone is arranged close to the ear of the user, and receives mainly the signal produced by the transducer and the residual noise signal, unneutralized, still noticeable in the front cavity.
- the signal from this microphone from which the audio signal of the music source to be reproduced by the transducer is subtracted, constitutes an error signal for the feedback loop of the ANC system.
- the feedforward filtering channel uses the signal picked up by the external microphone collecting the parasitic noise prevailing in the immediate environment of the helmet wearer.
- a first disadvantage is the relatively high sensitivity to the variations of the electroacoustic paths between the transducer and the error microphone, that is to say the internal microphone placed in the front cavity.
- the electro-acoustic response between these two elements can indeed be modified because of the volume variations of the front cavity and its sealing with respect to the outside.
- the main factors likely to vary this electro-acoustic response are the positioning of the helmet on the head, the shape of the ear of the user, the different tightenings of the helmet on the head, and the presence of hair in the place where the circumaural pads come to bear.
- Other variations may be due to the electronic components used (resistors, capacitors, transducer and microphone), whose electrical characteristics may fluctuate over time.
- volume of the front cavity Another factor to take into account is the volume of the front cavity, since a reduced front volume increases the variability of the electroacoustic response between the transducer and the error microphone, since in this case the relative volume variation between the normal listening position and the transition position where the user approaches the helmet on his head will be more important.
- a small front cavity volume is therefore an additional factor of loss of stability of the feedback loop, with the same consequences as those described above.
- the settings of the various filter channels are adjusted to produce performance corresponding to a given electroacoustic response, for gain and phase margins to ensure sufficient stability and maximum performance.
- a closed-loop system must generally have a phase margin greater than 45 ° and a gain margin of at least 10 dB. But these theoretical margins are often insufficient, because of the great variability of electroacoustic responses encountered in practice in the field of active noise control headphones.
- the problem of the invention is, in such a non-adaptive ANC system, to fight against the risks of instability, with increased gain and phase margins allowing, despite a small front cavity volume, to avoid any appearance of effect waterbed or Larsen despite variations in the introduction of the helmet on the head, clamping headphones, sealing more or less good circumaural pads.
- the audio signal from the music source (or the voice of the remote speaker, in a telephony application) should not be distorted and its spectrum should not be reduced by the ANC processing, although the signal of neutralization of noise and the audio signal to be reproduced are amplified by the same channel and reproduced by the same transducer.
- the basic idea of the invention is to reduce the bandwidth of the feedback filter in the upper spectrum, that is to say in the unstable frequency zone, so as to reduce or even eliminate the risks of effect. water-bed or Larsen.
- This limitation of the bandwidth can provide, as will be seen, an increase in the gain margin of at least 15 dB, preferably at least 17 dB, and the phase margin of at least 45 °, preferably at least 60 °.
- the feedforward filter will compensate for the loss of performance in the higher frequencies of the noise spectrum to be eliminated (that is, around 1 kHz).
- a stabilizing filter is arranged in parallel with the feedback filter .
- This stabilizing filter makes it possible to increase the phase margin of the feed back filter by increasing the phase in the critical zone of the waterbed effect: to compensate for the phase decrease due to the acoustics, in particular due to the sound propagation path from the transducer to the error microphone, a limited resonance is created by the stabilizing filter to raise the phase and thus increase the phase margin.
- These three channels are arranged in parallel, and the signals delivered at the output of the filters are combined with each other and with the audio signal to be reproduced by means of a combiner delivering a linear combination of these different signals, for amplification and reproduction by the transducer.
- the predetermined instability zone in question is notably a zone of effect waterbed around a frequency of 1 kHz.
- the upper cut-off frequency of the second filter is preferably less than 150 Hz, preferably less than 120 Hz, and its bandwidth less than 65 Hz, preferably less than 55 Hz.
- the gain margin of the feedback branch of the active noise control is advantageously at least 15 dB, preferably at least 17 dB, and the phase margin of at least 45 °, preferably at least 60 °.
- the audio signal to be reproduced is preferably inputted to both the second filter and the summing circuit, the second filter receiving as input a signal obtained by combining said error signal delivered by the internal microphone with at least a fraction of the signal audio to reproduce, and it is not applied to the third filter.
- FIG. 1 there is shown a headphone placed on the head of his user.
- This headset comprises, in a conventional manner, two earphones 10, 10 'joined by a holding bar 12.
- Each of the earphones 10 comprises an outer shell 14 which is applied to the contour of the ear of the user. , with interposition between the shell 14 and the periphery of the ear of a flexible circumaural pad 16 for providing a sound seal, acoustically, between the region of the ear and the external sound environment.
- the Figure 2 is a schematic representation showing the different acoustic and electrical signals as well as the various functional blocks involved in the operation of an active noise control headphones.
- the earphone 10 encloses a sound reproduction transducer 18, hereinafter referred to simply as a "transducer”, carried by a partition 20 defining two cavities, namely a front cavity 22 on the side of the ear and a rear cavity 24 on the opposite side. .
- the front cavity 22 is defined by the inner partition 18, the wall 14 of the earpiece, the pad 16 and the outer face of the user's head in the region of the ear. This cavity is a closed cavity, with the exception of the inevitable acoustic leaks in the region of contact of the pad 16.
- the rear cavity 24 is a closed cavity, with the exception of an acoustic vent 26 for obtaining a strengthening of low frequencies in the front cavity 22 of the earpiece.
- acoustic reinforcement is more advantageous than electric amplification, because it allows an improvement of the effect of suppression of ambient noise by the active control system, without saturation and with less electrical noise.
- the earpiece 10 For active noise control, the earpiece 10 carries an external microphone 28 for sensing the surrounding noise outside the earpiece, schematized by the wave 30. The signal collected by this external microphone 28 is applied to a microphone. feedforward 32 filter stage of active noise control system.
- Each earphone 10, 10 ' is provided with its own active noise control system, the respective external microphones 28, 28' ( Figure 1 ) being independent of each other.
- the helmet may possibly wear, as shown Figure 1 , another external microphone 34 for communication functions, for example if the headset is provided with "hands-free" telephony functions.
- This additional external microphone 34 is intended to capture the voice of the wearer of the helmet, it does not intervene in the active control of the noise and in the following we will only consider as external microphone that the microphone (s) 28 dedicated (s) ) active noise control.
- the headset is also provided with an internal microphone 36 disposed as close as possible to the auditory canal of the ear, to capture the residual noise present in the internal cavity 22, noise that will be perceived by the user.
- the internal microphone 36 collects a residual signal which is used as an error signal e applied to a feedback filter branch 42 in a closed loop and to a stabilizing branch 44 (Specific to the invention) whose signals are combined at 46 with the signal of the open loop feedforward branch 32 to drive the transducer 18.
- the transducer 18 receives an audio signal to be reproduced from a musical source (walkman, radio, etc.), or the voice of the remote speaker, in a telephony application. As this signal experiences the effects of the closed loop distorting it, it will be preprocessed upstream by equalization in a digital signal processor, so as to present the desired transfer function, determined by the gain of the open loop and the response. target without active control.
- FIGs 3 to 6 illustrate, according to several angles of view, an embodiment of the different mechanical and electroacoustic elements schematically represented on the Figure 2 , for one of the headphones 10 (the other headphone 10 'being made identically).
- the partition 20 dividing the inside of the shell 14 into a front cavity 22 and a rear cavity 24 with, mounted on this partition, the transducer 18 and the internal microphone 36 carried by a grid 48 maintaining it nearby. of the ear canal of the user.
- the external microphone 28 dedicated to the active noise control and the additional microphone 34 for the communication functions "hands-free", and the vent 26, consisting for example of a series of small holes covered with an acoustically resistive plastic gate.
- the Figure 7 illustrates in block diagram form the active noise control circuit according to the invention, with the electrical and acoustic transfer functions involved in the operation of this circuit.
- the circuit essentially comprises three branches arranged in parallel, with a feedforward filter 32, a feedback filter 42 and a stabilizing filter 44.
- the injection of the audio signal to be reproduced S in two different places of the circuit makes it possible to obtain a balanced equalization between the low frequencies and the high frequencies. Indeed, the portion of the signal injected at the input of the general adder 46 will undergo attenuation of the active control, which will give acute frequency components; in contrast, the part of the signal injected on the adder 52 at the input of the feedback filter 42 will undergo the low-pass filtering of the circuit, giving serious frequency components.
- the respective gains G8 and G4 applied to these two signal parts can balance the bass and treble spectrum of the signal to reproduce.
- the audio signal to be reproduced is injected only at the input of the feedback filter 42 (via the adder 52), but is not input into the branch of the stabilizing filter 44, which makes it possible to adjust this stabilizing filtering without disturbing the equalization of the music to be reproduced: in fact, the stabilizing filter 44 receives only the sound picked up by the internal microphone 36, excluding the audio signal to be reproduced, which does not interfere with the stabilization function.
- the output signal of the general adder 46 which is a linear combination of the signals from the three feedforward, feedback and stabilization filtering channels as well as the audio signal to be reproduced, is applied to the transducer 18 after amplification by a power stage. 54.
- FIGS 8, 9 and 10 illustrate examples of embodiments, in analog technology, of the feedforward 32, feedback 42 and stabilizer 44 filters respectively.
- V i and V o indicate the voltages respectively of the input and the output of the filters
- V mid indicates the voltage middle between the positive and negative terminals of the power supply of the operational amplifier used by the filter.
- these three filters can be made with a minimum of components, so with a very low material cost.
- the feedforward 32 and feedback filters 42 are made as first-order low-pass filters, but it is possible without difficulty to carry out second-order bandpass filters by modification. resistive and capacitive elements.
- ⁇ represents all loopbacks of orders greater than or equal to 2; concretely, this term is negligible in the other terms of the numerator and will be ignored.
- because H o contains the additional attenuation due to the shell of the earpiece.
- the Figure 8 illustrates an example of a survey according to the frequency of the H o lH a module , which therefore represents the attenuation of the shell of the earpiece relative to the internal attenuation of the cavity.
- the stability of the feedforward H FF is greater than that of the H FB feedback due to the absence of a feedback loop (the feedforward operates in an open loop).
- feedforward and feedback tend to produce an undesirable effect of noise amplification in a small band of frequencies beyond the noise suppression band, usually around 1 kHz ( “waterbed effect” ).
- this effect can quickly run out and turn into a feedback effect.
- the noise suppression by a feedforward filter alone is typically close to 10 dB, while with a feedback it is possible to reach 20 dB.
- the increase of the gain and phase margins by a reduction of the bandwidth was chosen in preference to a reduction of the open-loop gain (which would also have made it possible to increase these margins): a reduction of the gain in An open loop has the disadvantage of reducing the maximum performance of the active noise control, as opposed to a reduction in the bandwidth, which only reduces the attenuation frequency band of the noise control circuit. Therefore, in order not to reduce the maximum attenuation of the noise, the reduction of the bandwidth has been chosen in preference to a reduction of the open loop gain of the feedback filter .
- This feedforward filter As far as the feedforward filter is concerned , it is more stable because it operates in an open loop. It can therefore be used in the highest frequencies (up to 1 kHz) to compensate for the bandwidth loss of the feedback filter .
- This feedforward filter has a low gain and a low quality factor compared to the feedback filter , and its performance is adjusted to cover a wide band of frequencies.
- the Figure 12 illustrates the Bode (amplitude and phase versus frequency) diagram of this feedforward 32 filter.
- the stabilizing filter 44 its paralleling with the feedback filter 42 increases the phase margin of the latter in particular in the critical zone of the waterbed effect . And to compensate for the phase decrease due to acoustics, in particular because of the sound propagation path of the sound of the transducer to the error microphone (transfer function Ha ) the stabilizing filter creates a local resonance in this area allowing increase the phase and thus increase the phase margin.
- the Figure 13 illustrates the place of Black of the system, that is to say the Cartesian representation of the module of the open loop ( H to H FB ) according to its phase, by varying the frequency from 0 Hz to infinity.
- the theoretical attenuation curve of the Figure 17 shows that the area of the waterbed effect at 1 kHz is decreased. It can be noted that the waterbed effect area at 6 kHz is degraded but does not exceed 4 dB, like that at 1 kHz.
- This figure illustrates the simulated attenuation of the closed loop, where we can see a reduction in the depth of the waterbed effect in the 1 kHz zone from system A to system B (4 dB improvement) and the system B to system C (+3 dB improvement).
- the attenuation loss of about -5 dB found in the 100-800 Hz zone between system A and system B or C will be offset by the active control provided by the fixed feedforward filter 32.
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Description
- L'invention concerne un casque audio comprenant un système de "contrôle actif de bruit".
- Un tel casque peut être utilisé pour l'écoute d'une source audio (musique par exemple) provenant d'un appareil tel qu'un lecteur MP3, radio, smart-phone, etc. auquel il est relié par une liaison filaire ou bien par une liaison sans fil, notamment une liaison de type Bluetooth (marque déposée du Bluetooth SIG).
- S'il est pourvu d'un ensemble microphonique apte à capter la voix du porteur du casque, il est également possible d'utiliser ce casque pour des fonctions de communication telles que des fonctions de téléphonie "mains-libres", en complément de l'écoute de la source audio. Le transducteur du casque reproduit alors la voix du locuteur distant avec lequel le porteur du casque est en conversation.
- Le casque comprend deux écouteurs réunis par un arceau. Chaque écouteur comprend une coque fermée logeant un transducteur de reproduction sonore (ci-après simplement désigné "transducteur") et destinée à être appliquée autour de l'oreille de l'utilisateur avec interposition d'un coussinet circumaural isolant l'oreille de l'environnement sonore extérieur.
- Lorsque le casque est utilisé dans un environnement bruyant (métro, rue passante, train, avion, etc.) le porteur est partiellement protégé du bruit par les écouteurs du casque, qui l'isolent grâce à la coque fermée et au coussinet circumaural.
- Toutefois, cette protection purement passive n'est que partielle, une partie des sons, notamment dans la partie basse du spectre de fréquences, pouvant être transmis jusqu'à l'oreille au travers de la coque des écouteurs, ou encore via la boîte crânienne du porteur.
- C'est pour cette raison qu'ont été développés des techniques dites de "contrôle actif de bruit" ou ANC (Active Noise Control), dont le principe consiste à capter la composante de bruit incidente au moyens d'un microphone placé sur la coque des écouteurs du casque et à superposer, temporellement et spatialement, à cette composante de bruit une onde acoustique qui est idéalement la copie inversée de l'onde de pression de la composante de bruit. Il s'agit de créer de cette manière une interférence destructive avec la composante de bruit et réduire, idéalement neutraliser, les variations de pression de l'onde acoustique parasite.
- La mise en oeuvre de ce principe implique de résoudre un nombre important de difficultés, ce qui a conduit à des propositions de nature très variée, que l'on peut regrouper en deux catégories.
- Une première catégorie est celle des procédés ANC utilisant des filtres adaptatifs, c'est-à-dire des filtres dont la fonction de transfert est modifiée dynamiquement, en continu, par un algorithme d'analyse en temps réel du signal. Ces traitements ont pu être mis en oeuvre notamment grâce au développement des techniques de numérisation et de traitement du signal par des processeurs spécialisés, programmés pour mettre en oeuvre des algorithmes temps réel.
- Le
DE 37 33 132 A1 est un exemple typique d'un traitement ANC mettant en oeuvre de tels filtres adaptatifs. D'autres exemples de procédés ANC impliquant des filtres adaptatifs sont décrits notamment dans lesUS 6 041 126 A ,US 2003/0228019 A1 etWO 2005/112849 A2 . - Ces techniques peuvent être efficaces sur le plan de la réduction du bruit, mais elles présentent l'inconvénient d'êtres nécessairement numériques et d'exiger une puissance de calcul relativement importante, avec pour conséquence une conception relativement complexe et un coût de réalisation assez élevé.
- De plus, le traitement numérique introduit des retards non négligeables dans le signal de compensation, et le caractère adaptatif implique un temps de convergence minimal des algorithmes. Tout ceci nuit à la réactivité du système, notamment à l'égard des bruits irréguliers. De ce fait, le débruitage est surtout efficace à l'encontre des bruits essentiellement périodiques, dans des bandes étroites.
- La seconde catégorie de procédés ANC - à laquelle appartient la technique de l'invention - est celle des systèmes à filtrage fixe, non adaptatifs, c'est-à-dire où les paramètres des divers filtres utilisés sont prédéterminés.
- Ces systèmes ANC combinent des filtrages fixes de type feedback, en boucle fermée, et feedforward, en boucle ouverte. La voie de filtrage feedback se base sur un signal recueilli par un microphone disposé à l'intérieur de la cavité acoustique (ci-après "cavité avant") délimitée par la coque de l'écouteur, le coussinet circumaural et le transducteur. En d'autres termes, ce microphone est disposé à proximité de l'oreille de l'utilisateur, et reçoit principalement le signal produit par le transducteur et le signal de bruit résiduel, non neutralisé, encore perceptible dans la cavité avant. Le signal de ce microphone, duquel est soustrait le signal audio de la source musicale à reproduire par le transducteur, constitue un signal d'erreur pour la boucle de rétroaction du système ANC. La voie de filtrage feedforward, quant à elle, utilise le signal capté par le microphone externe recueillant le bruit parasite régnant dans l'environnement immédiat du porteur du casque.
- Un tel système est notamment décrit par le
US 2010/0272276 A1 qui, outre les voies de filtrage feedback et feedforward, prévoit une troisième voie de filtrage, qui traite le signal audio issu de la source musicale à reproduire. Les signaux de sortie des trois voies de filtrage sont combinés et appliqués au transducteur pour reproduire le signal de la source musicale associé à un signal de suppression du bruit environnant. - Les paramètres des divers filtres étant fixes, les techniques à filtrage fixe peuvent être implémentées aussi bien en technologie analogique que numérique, de façon moins exigeante en termes de ressources que pour les techniques à filtres adaptatifs.
- Les procédés à filtrage fixe présentent toutefois des limitations et des inconvénients.
- Un premier inconvénient est la sensibilité relativement importante aux variations des chemins électroacoustiques entre le transducteur et le microphone d'erreur, c'est-à-dire le microphone interne placé dans la cavité avant. La réponse électro-acoustique entre ces deux éléments peut en effet être modifiée en raison des variations de volume de la cavité avant et de son étanchéité par rapport à l'extérieur. Les principaux facteurs susceptibles de faire varier cette réponse électro-acoustique sont le positionnement du casque sur la tête, la forme de l'oreille de l'utilisateur, les serrages différents du casque sur la tête, et la présence de cheveux à l'endroit où les coussinets circumauraux viennent en appui. D'autres variations peuvent être dues aux composants électroniques utilisés (résistances, condensateurs, transducteur et microphone), dont les caractéristiques électriques sont susceptibles de fluctuer au cours du temps.
- Ces variations de réponse acoustique sont susceptibles de produire un effet indésirable appelé waterbed effect : au-delà de la bande de fréquences principale de suppression des bruits, le bruit va se trouver amplifié dans une bande de fréquences relativement étroite, en général autour de 1 kHz, de façon parfaitement perceptible et bien entendu nuisible. S'il est trop important ce phénomène peut même engendrer un effet Larsen, phénomène que l'on peut constater pour de nombreux casques lorsque le coussinet est accidentellement enlevé.
- Un autre facteur à prendre en compte est le volume de la cavité avant, dans la mesure où un volume avant réduit augmente la variabilité de la réponse électroacoustique entre le transducteur et le microphone d'erreur, car dans ce cas la variation relative du volume entre la position normale d'écoute et la position de transition où l'utilisateur approche le casque sur sa tête sera plus importante.
- Un faible volume de cavité avant est donc un facteur supplémentaire de perte de stabilité de la boucle de rétroaction, avec les mêmes conséquences que celles exposées plus haut. Or, en pratique il est souhaitable de réaliser des écouteurs de volume relativement réduit, tant pour des raisons de confort que de poids, ce qui va donc à l'encontre de l'exigence de stabilité du système ANC.
- Concrètement, les réglages des diverses voies de filtrage sont ajustées de manière à produire des performances correspondant à une réponse électroacoustique donnée, pour des marges de gain et de phase permettant de garantir une stabilité suffisante et des performances maximales. On estime à cet égard qu'un système à boucle fermée doit en général présenter une marge de phase supérieure à 45° et une marge de gain d'au moins 10 dB. Mais ces marges théoriques s'avèrent souvent insuffisantes, du fait de la grande variabilité des réponses électroacoustiques rencontrées en pratique dans le domaine des casques à contrôle actif de bruit.
- Le problème de l'invention est, dans un tel système ANC non adaptatif, de lutter contre les risques d'instabilité, avec des marges de gain et de phase accrues permettant, malgré un faible volume de cavité avant, d'éviter toute apparition d'effet waterbed ou Larsen en dépit des variations de mise en place du casque sur la tête, de serrage des écouteurs, d'étanchéité plus ou moins bonne au niveau des coussinets circumauraux.
- Cette amélioration de la stabilité devra bien entendu être obtenue sans dégradation des performances antibruit du système ANC, c'est-à-dire que celui-ci devra conserver toute son efficacité de neutralisation des composantes de bruit parasite, quel que soit leur caractère plus ou moins périodique et leur spectre fréquentiel.
- Bien entendu, le signal audio issu de la source musicale (ou la voix du locuteur distant, dans une application de téléphonie) ne devra pas être distordu et son spectre ne devra pas être amputé par le traitement ANC, bien que le signal de neutralisation de bruit et le signal audio à reproduire soient amplifiés par le même canal et reproduits par le même transducteur.
- L'idée de base de l'invention consiste à réduire la bande passante du filtre feedback dans le haut du spectre, c'est-à-dire dans la zone fréquentielle instable, de manière à réduire, voire supprimer, les risques d'effet water-bed ou Larsen. Cette limitation de la bande passante pourra procurer, comme on le verra, une augmentation de la marge de gain d'au moins 15 dB, de préférence au moins 17 dB, et de la marge de phase d'au moins 45°, de préférence au moins 60°.
- Parallèlement, le filtre feedforward compensera la perte en performances dans les fréquences supérieures du spectre de bruit à éliminer (c'est-à-dire autour de 1 kHz).
- Enfin, un filtre stabilisateur est disposé en parallèle du filtre feedback. Ce filtre stabilisateur permet d'augmenter la marge de phase du filtre feedback grâce à l'augmentation de la phase dans la zone critique de l'effet waterbed : pour compenser la diminution de phase due à l'acoustique, en particulier du fait du chemin de propagation du son du transducteur jusqu'au microphone d'erreur, une résonance limitée est créée par le filtre stabilisateur afin de remonter la phase et augmenter ainsi la marge de phase.
- Ces trois voies (feedback, feedforward et stabilisateur) sont agencées en parallèle, et les signaux délivrés en sortie des filtres sont combinés entre eux et avec le signal audio à reproduire au moyen d'un combineur délivrant une combinaison linéaire de ces différents signaux, pour amplification et reproduction par le transducteur.
- Plus précisément, l'invention concerne un casque comportant un système de contrôle actif de bruit comportant, de manière en elle-même connue d'après le
US 2010/0272276 A1 précité, deux écouteurs réunis par un arceau de maintien et comportant chacun un transducteur de reproduction sonore d'un signal audio à reproduire, transducteur logé dans une cavité acoustique délimitée par une coque pourvue d'un coussinet circumaural. Ce casque comporte un système de contrôle actif de bruit avec : - une première branche feedforward en boucle ouverte, avec un premier filtre passe-bande recevant en entrée un signal délivré par un microphone externe apte à capter un bruit acoustique régnant dans l'environnement du casque ;
- une deuxième branche feedback en boucle fermée, avec un deuxième filtre passe-bande recevant en entrée un signal d'erreur délivré par un microphone interne à la cavité ;
- une troisième branche avec un troisième filtre ; et
- un circuit de mixage, recevant en entrée les signaux délivrés par les premier, deuxième et troisième filtres ainsi que le signal audio à reproduire, et délivrant en sortie un signal apte, après amplification, à piloter le transducteur.
- De façon caractéristique de l'invention :
- le contrôle actif de bruit est un contrôle non adaptatif, les paramètres des premier, deuxième et troisième filtres étant des paramètres prédéterminés ;
- le troisième filtre est un filtre passe-bande stabilisateur agencé en parallèle de la deuxième branche feedback, recevant en entrée le signal délivré par le microphone interne, et délivrant en sortie un signal appliqué en entrée du circuit combineur, ce troisième filtre étant apte à augmenter localement la phase de la fonction de transfert du deuxième filtre dans un zone d'instabilité prédéterminée ;
- les première, deuxième et troisième branches sont agencées en parallèle, et le circuit de mixage est un circuit sommateur délivrant en sortie une combinaison linéaire des signaux délivrés par les premier, deuxième et troisième filtres ainsi que d'au moins une fraction du signal audio à reproduire, avec pondération des gains respectifs appliqués à ces signaux.
- La zone d'instabilité prédéterminée en question est notamment une zone d'effet waterbed autour d'une fréquence de 1 kHz.
- La fréquence de coupure supérieure du deuxième filtre est de préférence inférieure à 150 Hz, de préférence inférieure à 120 Hz, et sa largeur de bande inférieure à 65 Hz, de préférence inférieure à 55 Hz.
- La marge de gain de la branche feedback du contrôle actif de bruit est avantageusement d'au moins 15 dB, de préférence au moins 17 dB, et la marge de phase d'au moins 45°, de préférence au moins 60°.
- Le signal audio à reproduire est de préférence appliqué en entrée à la fois du deuxième filtre et du circuit sommateur, le deuxième filtre recevant en entrée un signal obtenu par combinaison dudit signal d'erreur délivré par le microphone interne avec au moins une fraction du signal audio à reproduire, et il n'est pas appliqué au troisième filtre.
- On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables.
- La
Figure 1 illustre de façon générale un casque audio reposant sur la tête d'un utilisateur. - La
Figure 2 est une représentation schématique montrant les différents signaux acoustiques et électriques ainsi que les divers blocs fonctionnels impliqués dans le fonctionnement d'un casque audio à contrôle actif de bruit. - La
Figure 3 est une coupe en élévation de l'un des écouteurs du casque selon l'invention, montrant la configuration des divers éléments mécaniques et organes électromécaniques de celui-ci. - La
Figure 4 est une vue de face de l'écouteur de laFigure 3 . - La
Figure 5 est une vue de dos de l'écouteur desFigures 3 et 4 . - La
Figure 6 est une vue de dessous de l'écouteur desFigures 3 à 5 . - La
Figure 7 est une vue générale, sous forme de diagramme fonctionnel, des divers éléments du système de contrôle actif de bruit du casque de l'invention. - La
Figure 8 illustre un exemple de réalisation, sous forme analogique, du filtre feedforward de laFigure 7 . - La
Figure 9 illustre un exemple de réalisation, sous forme analogique, du filtre feedback de laFigure 7 . - La
Figure 10 illustre un exemple de réalisation, sous forme analogique, du filtre stabilisateur de laFigure 7 . - La
Figure 11 est une caractéristique illustrant l'atténuation introduite par la coque de l'écouteur, rapportée à l'atténuation interne de la cavité avant de l'écouteur. - La
Figure 12 représente, en amplitude et en phase, le diagramme de Bode de la fonction de transfert du filtre feedforward du circuit de la Figure 7. - La
Figure 13 représente le lieu de Black du système de contrôle actif de bruit selon l'invention, avec et sans action du filtre stabilisateur. - La
Figure 14 représente le module de la fonction de transfert du filtre feedback du circuit de laFigure 7 pour différentes configurations (avec bande passante complète, avec bande passante réduite, avec et sans filtre stabilisateur). - La
Figure 15 représente la phase de la fonction de transfert du filtre feed-back du circuit de laFigure 7 , également pour différentes configurations. - La
Figure 16 est le tracé de Nyquist du circuit de laFigure 7 , également pour différentes configurations. - La
Figure 17 représente la caractéristique d'atténuation, en boucle fermée, du circuit de laFigure 7 , également pour différentes configurations. - Sur la
Figure 1 , on a représenté un casque audio posé sur la tête de son utilisateur. Ce casque comporte, de manière en elle-même classique, deux écouteurs 10, 10' réunis par un arceau de maintien 12. Chacun des écouteurs 10 comprend une coque extérieure 14 venant s'appliquer sur le contour de l'oreille de l'utilisateur, avec interposition entre la coque 14 et la périphérie de l'oreille d'un coussinet souple circumaural 16 destiné à assurer une étanchéité satisfaisante, du point de vue acoustique, entre la région de l'oreille et l'environnement sonore extérieur. - La
Figure 2 est une représentation schématique montrant les différents signaux acoustiques et électriques ainsi que les divers blocs fonctionnels impliqués dans le fonctionnement d'un casque audio à contrôle actif de bruit. - L'écouteur 10 enferme un transducteur de reproduction sonore 18, ci-après dénommé simplement "transducteur", porté par une cloison 20 définissant deux cavités, à savoir une cavité avant 22 du côté de l'oreille et une cavité arrière 24 du côté opposé.
- La cavité avant 22 est définie par la cloison intérieure 18, la paroi 14 de l'écouteur, le coussinet 16 et la face externe de la tête de l'utilisateur dans la région de l'oreille. Cette cavité est une cavité fermée, à l'exception des inévitables fuites acoustiques dans la région de contact du coussinet 16.
- La cavité arrière 24 est une cavité fermée, à l'exception d'un évent acoustique 26 permettant d'obtenir un renforcement des fréquences basses dans la cavité avant 22 de l'écouteur. Un tel renforcement acoustique est plus avantageux qu'une amplification électrique, car il permet une amélioration de l'effet de suppression du bruit ambiant par le système de contrôle actif, sans saturation et avec un bruit électrique moindre.
- Pour le contrôle actif du bruit, l'écouteur 10 porte un microphone externe 28 destiné à capter le bruit environnant à l'extérieur de l'écouteur, schématisé par l'onde 30. Le signal recueilli par ce microphone externe 28 est appliqué à un étage de filtrage feedforward 32 du système de contrôle actif de bruit.
- Chaque écouteur 10, 10' est muni de son propre système de contrôle actif de bruit, les microphones externes respectifs 28, 28' (
Figure 1 ) étant indépendants l'un de l'autre. - Le casque peut éventuellement porter, comme illustré
Figure 1 , un autre microphone externe 34 destiné à des fonctions de communication, par exemple si le casque est pourvu de fonctions de téléphonie "mains-libres". Ce microphone externe additionnel 34 est destiné à capter la voix du porteur du casque, il n'intervient pas dans le contrôle actif du bruit et dans la suite on ne considérera comme microphone externe que le(s) microphone(s) 28 dédié(s) au contrôle actif du bruit. - Le casque est également pourvu d'un microphone interne 36 disposé au plus près du conduit auditif de l'oreille, pour capter le bruit résiduel présent dans la cavité interne 22, bruit qui sera perçu par l'utilisateur.
- En faisant abstraction du signal audio de la source musicale reproduite par le transducteur (ou de la voix du locuteur distant, dans une application de téléphonie), le signal acoustique capté par ce microphone interne 36 est une combinaison :
- du bruit résiduel 30 provenant de la transmission du bruit externe environnant 30 au travers de la coque 14 de l'écouteur, et
- d'une onde sonore 40 générée par le transducteur 18, qui est, idéalement, la copie inversée du bruit 38, c'est-à-dire du bruit à supprimer au point d'écoute, selon le principe des interférences destructives.
- La neutralisation du bruit par l'onde sonore 40 n'étant jamais parfaite, le microphone interne 36 recueille un signal résiduel qui est utilisé comme signal d'erreur e appliqué à une branche de filtrage feedback 42 en boucle fermée et à une branche stabilisatrice 44 (spécifique à l'invention) dont les signaux sont combinés en 46 avec le signal de la branche feedforward en boucle ouverte 32 pour piloter le transducteur 18.
- En outre, le transducteur 18 reçoit un signal audio à reproduire issu d'une source musicale (baladeur, radio, etc.), ou bien la voix du locuteur distant, dans une application de téléphonie. Comme ce signal subit les effets de la boucle fermée qui le distord, il sera prétraité en amont par une égalisation dans un processeur numérique de signal, de manière à présenter la fonction de transfert désirée, déterminée par le gain de la boucle ouverte et la réponse cible sans contrôle actif.
- Les
Figures 3 à 6 illustrent, selon plusieurs angles de vue, un exemple de réalisation des différents éléments mécaniques et électroacoustiques représentés schématiquement sur laFigure 2 , pour l'un des écouteurs 10 (l'autre écouteur 10' étant réalisé identiquement). - On y retrouve la cloison 20 divisant l'intérieur de la coque 14 en une cavité avant 22 et une cavité arrière 24 avec, montés sur cette cloison, le transducteur 18 et le microphone interne 36 porté par une grille 48 maintenant celui-ci à proximité du conduit auditif de l'utilisateur. Sur les
Figures 5 et 6 , on a également représenté le microphone externe 28 dédié au contrôle actif de bruit et le microphone additionnel 34 pour les fonctions de communication "mains-libres", ainsi que l'évent 26, constitué par exemple d'une série de petits trous recouverts d'une grille en matière plastique acoustiquement résistive. - La
Figure 7 illustre sous forme de schéma par blocs le circuit de contrôle actif de bruit selon l'invention, avec les fonctions de transfert électriques et acoustiques impliquées dans le fonctionnement de ce circuit. - Le circuit comporte essentiellement trois branches agencées en parallèle, avec un filtre feedforward 32, un filtre feedback 42 et un filtre stabilisateur 44.
- Le signal recueilli par le microphone externe 28 est préamplifié par un gain G1 (par exemple G1 = +8 dB), puis est appliqué au filtre feedforward 32.
- Le signal recueilli par le microphone interne 36 est appliqué concurremment au filtre stabilisateur 44 et au filtre feedback 42, avec application de gains respectifs G2 (par exemple G2 = 0 dB), et G3 (par exemple G3 = +9 dB).
- Les signaux issus en parallèle des filtres 32, 44 et 42 sont combinés entre eux par un sommateur 46 avec application de gains respectifs G5, G6 et G7 (par exemple G5 = -6 dB pour le signal issu du filtre feedforward 32, G6 = +6 dB pour le signal issu du filtre stabilisateur 44 et G7 = 0 dB pour le signal issu du filtre feedback 42).
- Le signal audio S (signal line-in) issu de la source musicale (baladeur MP3, radio, etc.) ou des circuits de téléphonie fait l'objet d'un traitement numérique (décodage, égalisation, effets audio tels que spatialisation, etc.) par un processeur numérique de signal ou DSP 50. Par ailleurs, comme ce signal subit les effets de la boucle fermée qui le distord, il est prétraité en amont dans le DSP 50 par une égalisation appropriée, de manière à présenter la fonction de transfert désirée, déterminée par le gain de la boucle ouverte et la réponse cible sans contrôle actif.
- Le signal audio en sortie du DSP 50 est appliqué au circuit de contrôle actif en deux endroits, respectivement :
- avec application d'un gain G4 (par exemple G4 = -14 dB), au filtre feed-back 42, et
- avec application d'un gain G8 (par exemple G4 = -6 dB), à un sommateur 52 qui combinera ce signal à celui capté par le microphone interne 36 après que ce dernier ait été préamplifié du gain G3, pour l'appliquer en entrée du filtre feedback 42.
- L'injection du signal audio à reproduire S en deux endroits différents du circuit permet d'obtenir une égalisation équilibrée entre les fréquences graves et les fréquences aiguës. En effet, la partie du signal injectée en entrée du sommateur général 46 subira l'atténuation du contrôle actif, ce qui donnera des composantes fréquentielles aiguës ; à l'opposé, la partie du signal injectée sur le sommateur 52 en entrée du filtre feedback 42 subira le filtrage passe-bas du circuit, donnant des composantes fréquentielles graves. Les gains respectifs G8 et G4 appliqués à ces deux parties de signal permettent d'équilibrer les graves et les aigus du spectre du signal à reproduire.
- On notera que le signal audio à reproduire est injecté uniquement en entrée du filtre feedback 42 (via le sommateur 52), mais ne l'est pas dans la branche du filtre stabilisateur 44, ce qui permet d'ajuster ce filtrage stabilisateur sans perturber l'égalisation de la musique à reproduire : en effet, le filtre stabilisateur 44 ne reçoit que le son capté par le microphone interne 36, à l'exclusion du signal audio à reproduire, qui n'interfère donc pas sur la fonction de stabilisation.
- Enfin, le signal de sortie du sommateur général 46, qui est une combinaison linéaire des signaux issus des trois voies de filtrage feedforward, feedback et de stabilisation ainsi que du signal audio à reproduire, est appliqué au transducteur 18 après amplification par un étage de puissance 54.
- Les
Figures 8, 9 et 10 illustrent des exemples de réalisation, en technologie analogique, respectivement des filtres feedforward 32, feedback 42 et stabilisateur 44. Sur ces figures, Vi et Vo indiquent aux tensions respectivement d'entrée et de sortie des filtres, et Vmid indique la tension milieu entre les bornes positives et négatives de l'alimentation de l'amplificateur opérationnel utilisé par le filtre. On décrira plus en détail, en référence auxFigures 12 à 17 , les fonctions de transfert respectives de ces différents filtres et la manière dont notamment le filtre stabilisateur 44 permet de modifier la réponse du filtre feedback 42 de manière à augmenter les performances globales du système de contrôle actif de bruit. - Comme on peut le constater, ces trois filtres peuvent être réalisés avec un minimum de composants, donc avec un coût matériel très faible.
- Par ailleurs, dans les exemples illustrés, les filtres feedforward 32 et feed-back 42 sont réalisés sous forme de filtres passe-bas d'ordre 1, mais il est possible sans difficulté de réaliser des filtres passe-bande d'ordre 2 par modification des éléments résistifs et capacitifs.
- On va maintenant décrire le fonctionnement général du système de contrôle actif de bruit selon l'invention, dont on vient de présenter l'architecture générale.
- On utilisera les notations suivantes :
- Hc : fonction de transfert entre le signal reçu par le microphone externe 28 et le signal reçu par le microphone interne 36, représentative de la fraction du bruit extérieur qui a traversé la coque de l'écouteur du casque ;
- Ho : fonction de transfert entre le signal reproduit par le transducteur 18 et le signal reçu par le microphone externe 28, représentative de la fraction de signal acoustique qui a été transmise par la coque de l'écouteur jusqu'au microphone externe ;
- Ha : fonction de transfert entre le signal produit par le transducteur 18 et le signal reçu par le microphone interne 36 ;
- d : signal de bruit environnant (signal de bruit à atténuer, idéalement à neutraliser par le contrôle actif) ;
- e : signal d'erreur délivré par le microphone interne 36 (signal que l'on souhaite minimiser),
- HFF : fonction de transfert du filtre feedforward 32 (qui est une fonction fixe, non adaptative),
- HFB : fonction de transfert du filtre feedback 42 (qui est également une fonction fixe), le cas échéant modifiée par la mise en oeuvre du filtre stabilisateur 44.
- Si l'on cherche à représenter le signal d'erreur e en fonction du signal de bruit d, on obtient la fonction de transfert suivante du microphone externe 28 vers le microphone interne 38 (ce microphone, situé au plus près du conduit auditif de l'utilisateur, représentant le signal perçu au point d'écoute) :
- Le terme ε représente tous les rebouclages d'ordres supérieurs ou égaux à 2 ; concrètement, ce terme est négligeable devant les autres termes du numérateur et on en fera abstraction. Par ailleurs |H o| << |H a|, car Ho contient l'atténuation supplémentaire due à la coque de l'écouteur.
- La
Figure 8 illustre un exemple de relevé en fonction de la fréquence du module de HolHa, qui représente donc l'atténuation de la coque de l'écouteur par rapport à l'atténuation interne de la cavité. -
-
- Du point de vue de la stabilité, la stabilité du feedforward HFF est supérieure à celle du feedback HFB du fait de l'absence de boucle de rétroaction (le feedforward opère en boucle ouverte).
- En revanche, comme on l'a expliqué en introduction, le feedforward et le feedback ont tendance à produire un effet indésirable d'amplification du bruit dans une petite bande de fréquences au-delà de la bande de suppression du bruit, en général autour de 1 kHz ("waterbed effect"). De plus, avec la rétroaction du filtre feedback, cet effet peut rapidement s'emballer et se transformer en effet Larsen.
- Or, bien que le feedforward soit plus stable, il ne peut pas être utilisé sans feedback, car la suppression de bruit qu'il procure seul est moins efficace. En effet, pour avoir une suppression parfaite, il faudrait que HFF = Hc /Ha, ce qui est difficile à atteindre car Hc et Ha sont très variables pour les raisons citées plus haut : volume avant variable et réduit, position et serrage du casque, etc. En pratique, la suppression de bruit par un filtre feedforward seul est typiquement proche de 10 dB, alors qu'avec un feedback il est possible d'atteindre 20 dB.
- L'invention permet précisément de pallier les inconvénients que l'on vient d'exposer. Essentiellement, l'invention propose :
- 1°) de réduire la bande de fréquences du filtre feedback, de manière à augmenter les marges de gain et de phase (typiquement à au moins 15 dB et 60°), notamment dans la zone fréquentielle où se situent les risques d'instabilité incontrôlée ;
- 2°) de compenser par le filtre feedforward la baisse corrélative de performances dans les plus hautes fréquences (jusqu'à 1 kHz) ; et
- 3°) de réduire l'effet waterbed par un filtre stabilisateur associé au filtre feedback, ce qui permet de diminuer, voire de supprimer, les risques d'effet Larsen.
- On notera que l'augmentation des marges de gain et de phase par une réduction de la bande passante a été choisie de préférence à une réduction du gain en boucle ouverte (qui aurait également permis d'augmenter ces marges) : une réduction du gain en boucle ouverte présente en effet l'inconvénient de réduire les performances maximales du contrôle actif de bruit, à l'opposé d'une réduction de la bande passante, qui ne réduit que la bande de fréquences d'atténuation du circuit de contrôle du bruit. C'est donc pour ne pas réduire l'atténuation maximale du bruit que la réduction de la bande passante a été choisie de préférence à une réduction du gain en boucle ouverte du filtre feedback.
- En ce qui concerne le filtre feedforward, celui-ci est plus stable car il opère en boucle ouverte. Il peut donc être utilisé dans les fréquences les plus hautes (jusqu'à 1 kHz) pour compenser la perte de bande passante du filtre feedback. Ce filtre feedforward présente un gain faible et un facteur de qualité faible par rapport à celui du filtre feedback, et ses performances sont ajustées pour couvrir une large bande de fréquences.
- La
Figure 12 illustre le diagramme de Bode (amplitude et phase en fonction de la fréquence) de ce filtre feedforward 32. - En ce qui concerne le filtre stabilisateur 44, sa mise en parallèle avec le filtre feedback 42 permet d'augmenter la marge de phase de ce dernier notamment dans la zone critique de l'effet waterbed. Et pour compenser la diminution de phase due à l'acoustique, en particulier du fait du chemin acoustique de propagation du son du transducteur vers le microphone d'erreur (fonction de transfert Ha) le filtre stabilisateur crée une résonance locale dans cette zone permettant d'accroître la phase et augmenter ainsi la marge de phase.
- Ces différents aspects sont visibles en particulier sur les exemples de diagrammes des
Figures 13 à 17 . - La
Figure 13 illustre le lieu de Black du système, c'est-à-dire la représentation cartésienne du module de la boucle ouverte (HaHFB ) en fonction de sa phase, en faisant varier la fréquence de 0 Hz à l'infini. En traçant ce lieu de Black, on peut facilement lire les marges de gain et de phase, qui sont données par l'intersection du lieu avec les deux axes passant par le point d'instabilité O, situé à 0 dB et 0°. - Sur la
Figure 13 , on a tracé en trait interrompu le lieu de Black avec le filtre feedback seul avant réduction de la bande passante, et en trait continu ce même filtre mais avec la bande passante réduite (mais sans le stabilisateur). Initialement, les marges de gain et de phase ΔM et Δφ sont respectivement de -12 dB et 25°, et l'on voit que la réduction de la bande passante permet d'accroître ces valeurs à respectivement +18 dB et plus de 60°. - Les
Figures 14 à 17 représentent, pur le circuit de lafigure 7 : -
Figure 14 : le module de la fonction de transfert du filtre feedback ; -
Figure 15 : la phase de la fonction de transfert du filtre feedback ; -
Figure 16 : le tracé de Nyquist ; -
Figure 17 : la caractéristique d'atténuation, en boucle fermée. - On a représenté sur ces figures :
- en A la caractéristique correspondant au filtre feedback originel avec sa préamplification G3, avant réduction de la bande passante ;
- en B cette même caractéristique A, mais après réduction de la bande passante ;et
- en C la caractéristique finale, c'est-à-dire la caractéristique B après adjonction du filtre stabilisateur 44 avec sa préamplification G2.
- Comme on peut le voir en comparant sur la
Figure 14 les caractéristiques A et B (ou C), la bande passante originelle du filtre qui était de 80-160 Hz, soit une largeur de 80 Hz (caractéristique A) a été réduite à 65-115 Hz, soit une largeur de 50 Hz, réduite (caractéristique B ou C). - Cette réduction de bande passante permet, comme on l'avait vu à l'examen de la
Figure 13 , d'augmenter sensiblement les marges de gain et de phase et de contribuer ainsi à une stabilité accrue du système. - L'examen de la
Figure 15 montre que l'utilisation du filtre stabilisateur 44 augmente sensiblement, d'environ 30 à 35°, la phase dans la zone instable de l'effet waterbed, autour de 1 kHz. - On constate sur la
Figure 16 que cette augmentation de phase éloigne notablement la boucle ouverte de la zone d'instabilité. Cette figure est un tracé de Nyquist sur lequel on a indiqué en trait interrompu la zone N d'amplification du bruit. Comme on peut le constater, dans aucune des trois configurations A, B ou C le système n'entoure le point d'instabilité O : ces systèmes sont donc théoriquement tous stables. Toutefois, la réduction de la bande passante du filtre feedback (passage de A à B) et son association avec un filtre stabilisateur (passage de B à C) éloigne à chaque fois le tracé du point d'instabilité, contribuant ainsi à une meilleure stabilité globale du système. - La courbe d'atténuation théorique de la
Figure 17 montre que la zone de l'effet waterbed à 1 kHz est diminuée. On peut noter que la zone d'effet waterbed à 6 kHz est dégradée mais ne dépasse pas 4 dB, comme celle à 1 kHz. Cette figure illustre l'atténuation simulée de la boucle fermée, où l'on peut constater une réduction de la profondeur de l'effet waterbed dans la zone des 1 kHz du système A vers le système B (amélioration de 4 dB) et du système B vers le système C (amélioration de +3 dB). La perte d'atténuation, d'environ -5 dB, constatée dans la zone 100-800 Hz entre le système A et le système B ou C sera compensée par le contrôle actif procuré par le filtre feedforward fixe 32.
Claims (8)
- Un casque audio, comprenant deux écouteurs (10) réunis par un arceau de maintien (12) et comportant chacun un transducteur (18) de reproduction sonore d'un signal audio à reproduire, ce transducteur étant logé dans une cavité acoustique délimitée par une coque (14) pourvue d'un coussinet circumaural (16),
ce casque comportant un système de contrôle actif de bruit comprenant :- une première branche feedforward en boucle ouverte, avec un premier filtre passe-bande (32) recevant en entrée un signal délivré par un microphone externe (28) apte à capter un bruit acoustique (30) régnant dans l'environnement du casque ;- une deuxième branche feedback en boucle fermée, avec un deuxième filtre passe-bande (42) recevant en entrée un signal d'erreur (e) délivré par un microphone (36) interne à la cavité ;- une troisième branche avec un troisième filtre (44) ; et- un circuit de mixage (46), recevant en entrée les signaux délivrés par les premier, deuxième et troisième filtres ainsi que le signal audio à reproduire (S), et délivrant en sortie un signal apte, après amplification (54), à piloter le transducteur (18),caractérisé en ce que :- le contrôle actif de bruit est un contrôle non adaptatif, les paramètres des premier, deuxième et troisième filtres (32, 42, 44) étant des paramètres prédéterminés ;- le troisième filtre (44) est un filtre passe-bande stabilisateur agencé en parallèle de la deuxième branche feedback, recevant en entrée le signal délivré par le microphone interne, et délivrant en sortie un signal appliqué en entrée du circuit combineur,
ce troisième filtre étant apte à augmenter localement la phase de la fonction de transfert du deuxième filtre dans un zone d'instabilité prédéterminée ;- les première, deuxième et troisième branches sont agencées en parallèle, et le circuit de mixage est un circuit sommateur (46) délivrant en sortie une combinaison linéaire des signaux délivrés par les premier, deuxième et troisième filtres (32, 42, 44) ainsi que d'au moins une fraction du signal audio à reproduire (S), avec pondération des gains respectifs (G5-G8) appliqués à ces signaux. - Le casque audio de la revendication 1, dans lequel ladite zone d'instabilité prédéterminée est une zone d'effet waterbed autour d'une fréquence de 1 kHz.
- Le casque audio de la revendication 1, dans lequel la fréquence de coupure supérieure du deuxième filtre est inférieure à 150 Hz, de préférence inférieure à 120 Hz.
- Le casque audio de la revendication 1, dans lequel la largeur de bande du deuxième filtre est inférieure à 65 Hz, de préférence inférieure à 55 Hz.
- Le casque audio de la revendication 1, dans lequel la marge de gain de la branche feedback du contrôle actif de bruit est d'au moins 15 dB, de préférence au moins 17 dB.
- Le casque audio de la revendication 1, dans lequel la marge de phase de la branche feedback du contrôle actif de bruit est d'au moins 45°, de préférence au moins 60°.
- Le casque audio de la revendication 1, dans lequel le signal audio à reproduire (S) est appliqué en entrée à la fois du deuxième filtre (42) et du circuit sommateur (46), le deuxième filtre recevant en entrée un signal obtenu par combinaison (52) dudit signal d'erreur (e) délivré par le microphone interne (36) avec au moins une fraction du signal audio à reproduire.
- Le casque audio de la revendication 7, dans lequel le signal audio à reproduire (S) n'est pas appliqué au troisième filtre (44).
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