EP2945399B1 - Casque audio à contrôle actif de bruit anc avec prévention des effets d'une saturation du signal microphonique feedback - Google Patents

Casque audio à contrôle actif de bruit anc avec prévention des effets d'une saturation du signal microphonique feedback Download PDF

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EP2945399B1
EP2945399B1 EP15166492.7A EP15166492A EP2945399B1 EP 2945399 B1 EP2945399 B1 EP 2945399B1 EP 15166492 A EP15166492 A EP 15166492A EP 2945399 B1 EP2945399 B1 EP 2945399B1
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EP
European Patent Office
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signal
equalization
feedback
microphone
filter
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP15166492.7A
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English (en)
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EP2945399A1 (fr
Inventor
Phong Hua
Vu Hoang Co Thuy
Pierre Guiu
Benoit Pochon
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Parrot Drones SAS
Original Assignee
Parrot Drones SAS
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1008—Earpieces of the supra-aural or circum-aural type
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/10—Earpieces; Attachments therefor ; Earphones; Monophonic headphones
    • H04R1/1083—Reduction of ambient noise
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    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2420/00—Details of connection covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2420/01—Input selection or mixing for amplifiers or loudspeakers

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 headset usually includes two headphones joined by a hoop.
  • 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.
  • a sound reproduction transducer hereinafter simply referred to as a "transducer”
  • ear-type earphones with an element to be placed in the ear canal, thus having no cushion surrounding or covering the ear.
  • headphones type “headphones” with a transducer housed in a shell surrounding the ear helmet “circum-aural" or in support thereof (helmet “supra-aural")
  • this example should not be considered as limiting, the invention being able to be applied as well, as will be understood, to intra-ear headphones.
  • 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.
  • RDI Active Noise Control
  • the EP 2 597 889 A1 (Parrot) describes such a headset, equipped with an ANC system combining feedback type filtering , closed loop, and feed- forward, open loop.
  • the feedback filtering channel is based on a signal collected by a microphone placed inside the acoustic cavity delimited by the shell of the earphone, the circumaural pad and the transducer.
  • this microphone is disposed near the ear of the user, and mainly receives 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 to collect spurious noise in the helmet wearer's immediate environment.
  • a third filtering channel processes the audio signal from the music source to be reproduced.
  • the output signals of the three filter channels are combined and applied to the transducer to reproduce the signal of the musical source associated with a surrounding noise canceling signal.
  • the EP 2 518 724 A1 (Parrot) describes a combined microphone / headset type device, usable in particular for hands-free telephony functions.
  • the helmet is provided with a physiological sensor applied against the cheek or temple of the wearer of the helmet and receiving vocal vibrations which have the characteristic of being, by nature, very little corrupted by the surrounding noise.
  • the physiological sensor may be in particular an accelerometer placed on the inside of the skin of the earpiece of the earphone of the helmet, so as to be pressed against the cheek or the temple of the user with as close a coupling as possible .
  • the signal thus collected allows, after filtering and combination with signals picked up by conventional external microphones, to deliver to the communication system a speech signal from the nearby speaker (the helmet wearer) whose intelligibility has been greatly improved.
  • Another advantage of this sensor is the ability to use the signal it delivers to calculate a cutoff frequency of a dynamic filter.
  • the WO 2010/129219 A1 ( EP 2 425 421 A0 ) describes another apparatus, comprising an ANC system of adaptive type, that is to say using filters whose transfer function is dynamically modified, continuously, by a real-time analysis algorithm of the signal.
  • An external microphone placed on the shell of the earphones of the headset collects ambient noise, the level of which is analyzed to adjust the transfer function of the feedback filter to adapt to the noise prevailing in the external environment of the headphones.
  • This phenomenon occurs in particular when handling the helmet, or when the user is walking heavily or short.
  • the movements of the helmet then create excessive overpressures and depressions in the front cavity, which results in a strong electrical peak in the low frequencies.
  • the excessive signal picked up by the microphone creates in the ANC feedback filter a saturation leading to an audible signal or "plop" produced at the output by the transducer and unpleasant for the user.
  • the feedback ANC filter can attenuate these pitch noise resonances by amplifying the internal microphone signal but, when the steps become stronger, the electrical level of the microphone signal can exceed the limits of its normal operation and cause, here again, a saturation ANC filter and transducer.
  • This saturation can occur at several points in the signal processing chain: electrical overshoot of the input dynamics of the analog / digital converter, exceeding of the maximum digital value in the digital signal processor DSP, or else output saturation if the signal reproduced by the transducer exceeds the maximum value that can be produced by the digital / analog converter, each of these phenomena can cause a "plop" unpleasant.
  • Another object of the invention is to implement a digital (and not an analogue) technology as in the EP 2 597 889 A1 mentioned above) for such an ANC system, which can be implemented in particular within a digital signal processor (DSP).
  • DSP digital signal processor
  • 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.
  • this example configuration of "headphone” type with a transducer housed in a shell surrounding the ear or resting on it should not be considered as limiting, the invention can also be well applied to ear-phones including an element to place in the ear canal, so headphones devoid of shell and cushion surrounding or covering the ear.
  • 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 20, 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.
  • an internal microphone 28 disposed closer to the auditory canal of the ear, to capture the residual noise present in the internal cavity 22, which noise will be perceived by the user.
  • the neutralization of the noise by the sound wave 34 is never perfect, the internal microphone 28 collects a residual signal which is used as an error signal e applied to a feedback filter branch 36 closed loop.
  • an external microphone 38 may be placed on the shell of the earphones of the headset, to capture the surrounding noise outside the earpiece, schematized by the wave 30.
  • the signal collected by this external microphone 38 is applied to a feedforward 40 filter stage of the active noise control system.
  • the signals from the feedback branch 36 and, if present, from the feedforward branch 40 are combined at 42 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. Since this signal experiences the effects of the closed loop distorting it, it will have to be preprocessed by an equalization so as to present the desired transfer function, determined by the gain of the open loop and the target response without active control.
  • the helmet may possibly wear, as shown Figure 1 , another external microphone 44 for communication functions, for example if the headset is provided with "hands-free" telephony functions.
  • This additional external microphone 44 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 Next, it will be considered as an external microphone possibly used by the ANC system that the microphone 38 dedicated to active noise control.
  • the Figure 3 illustrates, in section, an exemplary embodiment of the various mechanical and electroacoustic elements schematically represented on the Figure 2 for one of the headphones 10 (the other headphone 10 'being made identically). It contains 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 28 carried by a gate 48 maintaining it nearby. of the ear canal of the user.
  • the object of the invention is to overcome the phenomenon, explained in the introduction, resulting from the sudden surges / depressions in the front cavity 22 which are likely to produce, especially in the low frequencies below 100 Hz, extreme overruns in the value the signal delivered by the internal microphone 28.
  • the Figure 4 illustrates an example of a signal delivered by the internal microphone 28, in this case an electret microphone which delivers a signal not exceeding 100 mV for a sound pressure of 110 dB SPL ( Sound Pressure Leve /).
  • this value can be very much exceeded (in the example, it reaches and exceeds 600 mV), which can produce after amplification saturation effects in several places of the chain treatment.
  • the basic idea of the invention is to detect upstream of the feedback filter, with a very low latency time, the situations likely to produce such signal peaks, in order to avoid all saturation phenomena during sudden movements. helmet, especially while the user is walking or running.
  • the Figure 5 schematically illustrates, in the form of functional blocks, the active noise control system ANC incorporating, according to the invention, an anti-saturation function to compensate for this phenomenon.
  • the feedback branch whose principle was described above with reference to the Figure 2 after scanning by means of an ADC converter 52 of the error signal e picked up by the internal microphone 28.
  • the digitized error signal is processed by a feedback filter 54, then converted into analog by the DAC 56 to be returned by the transducer 18 in the cavity of the earpiece 10.
  • the reproduced signal is optionally combined with a music signal M which, after equalization at 58, is combined at 60 with the noise cancellation signal for conversion by the DAC 56 and reproduction by the transducer 18.
  • the filtering operated by the blocks 54 (transfer function H feedback FB2 on the microphone signal) and 58 (transfer function H equalizer EQ2 music M) can be realized in particular as described in the application FR 14 53284 of 11.04.2014, in the name of the Applicant, entitled “Active noise control ANC noise headphones with electric breath reduction”, which proposes to implement a plurality of predetermined filter configurations, selectively switchable according to the signal captured by the internal microphone 28, so as to optimize the compromise between the more or less attenuation of the ambient noise and that of an electric breath also more or less strong, depending on the level and the spectral content of the signal returned to the user as collected by the microphone 28 placed in the front cavity 22 of the earpiece.
  • the active noise control ANC is controlled by an ANC module 62 which analyzes the signal e and adapts accordingly the transfer functions H FB2 of the feedback branch 54 and H EQ2 of the equalization branch 58 of the music signal.
  • control algorithm ANC 62 modifies the H EQ2 filter of the music equalization branch 58 at the same time as that of the feedback ANC branch 54 in order to rebalance the effects of the filtering. , of course if a music signal is present.
  • the active noise control processing ANC uses an accelerometer 64 mounted on the helmet ( Figures 2 and 5 ), the role of which will be to detect with a very low latency the movements of the earphone likely to produce saturation effects of the signal picked up by the internal microphone 28, typically movements resulting from the movements of the user while the latter walk, short, jump ... or when it manipulates the headphones, for example to readjust their position on his ears.
  • the EP 2 518 724 A1 (Parrot) describes a headset with an accelerometer built into an earpiece, but in this document the accelerometer is used as a physiological sensor to collect vocal components non-acoustically transmitted by bone conduction, so not noisy, a speech signal emitted by the user, for example in the case where the headset is used as a "hands-free" device in combination with a mobile phone.
  • this same accelerometer can be used, but with a different role, namely the improvement of the ANC function of the headphones, in a configuration of listening (sound reproduction) and not of speech (voice of the user).
  • the signal of the accelerometer 64 after scanning by means of an ADC converter 66, is applied to an "anti-saturation" module 68 which also receives the signal e collected by the internal microphone 28, after scanning by the ADC converter 52 .
  • the two acceleration and microphonic signals are analyzed jointly by the anti-saturation module 68, which controls a filter 70 (transfer function H FB1 ) placed in the feedback branch upstream of the actual feedback filter (block 54, function transfer H FB2 ), and likewise an equalization filter 72 (transfer function H EQ1 ) placed in the equalization branch upstream of the equalization filter (block 58, transfer function H EQ2 ).
  • the anti-saturation module 68 from these signals, defines the one of the X filters of the block 70 of the feedback branch that should be selected and, likewise, that of the Y filters of the block 72 of the equalization branch of the a music signal that should be selected (Y can be equal to X, but not necessarily).
  • the selection between the X filters of the transfer function H FB1 of the block 70 (or Y filters of the transfer function H EQ1 of the block 72) is as follows.
  • IIR infinite impulse response filter
  • the Figure 6 illustrates more precisely the elements implemented by the anti-saturation module 68 for the analysis of the signal and the selection of the filters of the blocks 70 and 72.
  • the digitized signal e collected by the internal microphone 28 is subjected to a frequency decomposition by a battery of filters 74 in order to calculate at 76 the energy Rms i of this signal e in each of its N frequency components.
  • Rms 1 may be the power of the microphone signal below 100 Hz
  • Rms 2 the signal power around 800 Hz, etc. which allows via spectral analysis to distinguish various significant situations: for example, for use of the headset in a noisy environment of transportation type (plane, train), the ratio between low and high frequencies is much greater than in an environment quieter as in an office.
  • the obtained values Rms 1 , Rms 2 ... Rms N are applied to a state machine 78, which compares these energy values with respective thresholds and determines, according to these comparisons, that of the X filters of the block 70 of the branch feedback and if appropriate (if music is present) that of Y filters block 72 of the equalization branch to be selected.
  • the Figure 7 illustrates more precisely how this state machine operates 78.
  • the power RMS acc of the signal of the accelerometer present on the helmet is, possibly after prefiltering, analyzed constantly. If this power exceeds a predetermined threshold Threshold a (test 80) then the state machine considers that the headset undergoes a movement that may result in saturation of the ANC control and triggers an anti-saturation control process, corresponding to the left side of the algorithm of the Figure 7 .
  • the state machine In the presence of an acceleration exceeding the prescribed threshold, the state machine analyzes the signal of the internal microphone 28. If the power RMS 1 (power of the microphonic signal in a certain frequency range) exceeds a predetermined threshold Threshold_1 (test 82) , then the state machine modifies the transfer function H FB1 of the feedback branch , for example by selecting one of the X filters which has the effect of reducing the attenuation ANC in the low frequencies, and also modifies the function of H EQ1 transfer of the equalizer branch to keep the same perception of the music (block 84).
  • Threshold_1 test 82
  • the RMS power 2 of the microphonic signal in another frequency band is tested in the same way (block 82 ') with respect to a second threshold Threshold_2 (with Threshold_2 ⁇ Threshold_1 ) . If RMS 2 > Threshold_2, then a modification of the transfer functions H FB1 and H EQ1 (block 84 ') is also applied, typically with an attenuation of the feedback ANC present, but less important than in the previous case.
  • test 82 iteratively with progressively lower thresholds, so as to choose, among the X selectable filters of the feedback branch H FB1 , that which will optimize the compromise between the attenuation of the ANC control and protection against saturation of it (block 84 ").
  • the state machine disables the anti-saturation modules 70 and 72 (block 88).
  • test 80 Assuming that, in test 80, the signal analysis of the accelerometer indicates that it does not exceed the prescribed threshold, if the anti-saturation treatment was active (test 90), then at the expiration of a timer of X1 seconds (test 92), this control is automatically deactivated by the state machine (block 94).
  • the Figures 8 and 9 illustrate two examples of transfer functions H FB1 applied to the feedback branch of the control ANC, without (A) and with (B) modification by the anti-saturation module 68: the Figure 8 represents, in amplitude and in phase, the transfer function H FB1 in these two cases, while the Figure 9 illustrates the corresponding attenuations obtained.
  • the detection of an acceleration triggers an attenuation of the gain of the feedback ANC branch of the order of 12 to 15 dB at 40 Hz between the curve A (without anti-saturation control) and the curve B (with anti-control -saturation).
  • the change is mainly made in the low frequencies, below 150 Hz, because it is in this range of frequencies that the resonances of footsteps, etc. are located. usually encountered in practice.
  • the anti-saturation control decreases, certainly, the attenuation performance of the ANC control but, in return, avoids the production of a very unpleasant "plop" output by the transducer due to the saturation of the control branch ANC feed - back.

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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 généralement 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.
  • Il existe également des écouteurs de type dit "intra-auriculaire" avec un élément à placer dans le conduit auditif, ne comportant donc pas de coussin entourant ou recouvrant l'oreille. Dans la suite, on fera principalement référence à des écouteurs de type "casque" avec un transducteur logé dans une coque entourant l'oreille (casque "circum-aural") ou en appui sur celle-ci (casque "supra-aural"), mais cet exemple ne doit pas être considéré comme limitatif, l'invention pouvant être aussi bien appliquée, comme on le comprendra, à des écouteurs intra-auriculaires.
  • 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 boite crânienne du porteur.
  • C'est pour cette raison qu'ont été développées des techniques dites de "contrôle actif de bruit" ou ANC (Active Noise Control), dont le principe consiste à capter la composante de bruit incidente 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.
  • Le EP 2 597 889 A1 (Parrot) décrit un tel casque, muni d'un système ANC combinant des filtrages de type feedback, en boucle fermée, et feed-forward, 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 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 utilise le signal capté par le microphone externe recueillant le bruit parasite régnant dans l'environnement immédiat du porteur du casque. Enfin, une troisième voie de filtrage 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.
  • Le EP 2 518 724 A1 (Parrot) décrit un appareil du type micro/casque combinés, utilisable notamment pour des fonctions de téléphonie "mains libres". Le casque est pourvu d'un capteur physiologique appliqué contre la joue ou la tempe du porteur du casque et recueillant des vibrations vocales qui présentent la caractéristique d'être, par nature, très peu corrompues par le bruit environnant. Le capteur physiologique peut être en particulier un accéléromètre placé sur la face intérieure de la peau du coussinet de l'écouteur du casque, de manière à venir s'appliquer contre la joue ou la tempe de l'utilisateur avec un couplage le plus étroit possible. Le signal ainsi recueilli permet, après filtrage et combinaison avec des signaux captés par des microphones extérieurs conventionnels, de délivrer au système de communication un signal de parole du locuteur proche (le porteur du casque) dont l'intelligibilité aura été grandement améliorée. Un autre avantage de ce capteur est la possibilité d'utiliser le signal qu'il délivre pour calculer une fréquence de coupure d'un filtre dynamique.
  • Le WO 2010/129219 A1 ( EP 2 425 421 A0 ) décrit un autre appareil, comprenant un système ANC de type adaptatif, c'est-à-dire utilisant des filtres dont la fonction de transfert est modifiée dynamiquement, en continu, par un algorithme d'analyse en temps réel du signal. Un microphone externe placé sur la coque des écouteurs du casque recueille les bruits ambiants, dont le niveau est analysé pour ajuster la fonction de transfert du filtre feedback de manière à s'adapter au bruit régnant dans l'environnement extérieur du casque.
  • Les systèmes ANC existants sont sujets à un phénomène apparaissant lorsque la cavité acoustique interne de l'écouteur subit des compressions et décompressions brusques, inaudibles mais dont l'amplitude est si importante que la membrane du microphone s'écrase brusquement et produit un signal électrique dépassant sa limite nominale.
  • Ce phénomène se produit notamment lors de la manipulation du casque, ou lorsque l'utilisateur marche lourdement ou court. Les mouvements du casque créent alors des surpressions et dépressions excessives dans la cavité avant, ce qui se traduit par un fort pic électrique dans les basses fréquences. Le signal excessif capté par le microphone crée dans le filtre ANC feedback une saturation conduisant à un signal audible ou "plop" produit en sortie par le transducteur et désagréable pour l'utilisateur.
  • Ce phénomène peut même apparaître dans des conditions normales de marche, où des résonances de bruit de pas dans des basses fréquences au-dessous de 100 Hz se font entendre et sont parfois gênantes. Le filtre ANC feedback peut atténuer ces résonances de bruit de pas en amplifiant le signal du microphone interne mais, lorsque les pas deviennent plus forts, le niveau électrique du signal microphonique peut dépasser les limites de son fonctionnement normal et entrainer, ici encore, une saturation du filtre ANC et du transducteur.
  • Cette saturation peut intervenir à plusieurs endroits de la chaine de traitement du signal : dépassement électrique de la dynamique d'entrée du convertisseur analogique/numérique, dépassement de la valeur maximale numérique dans le processeur numérique de signal DSP, ou encore saturation en sortie si le signal reproduit par le transducteur dépasse la valeur maximale pouvant être produite par le convertisseur numérique/analogique, chacun de ces phénomènes pouvant provoquer un "plop" désagréable.
  • Le but de l'invention est de proposer une nouvelle technique de réduction de bruit ANC permettant de pallier ces phénomènes :
    • en compensant les phénomènes pneumatiques de surpression/dépression dans la cavité acoustique de l'écouteur, notamment du fait des mouvements de pas de l'utilisateur du casque ;
    • sans dégradation des performances antibruit du système ANC, c'est-à-dire que le bruit résiduel perçu par l'utilisateur sera toujours réduit au mieux, avec notamment i) une forte atténuation des basses fréquences et ii) une grande largeur de bande de fréquence de suppression ;
    • le tout, sans que le signal audio issu de la source musicale (ou la voix du locuteur distant, dans une application de téléphonie) ne soit distordu, et sans que le spectre de ce signal ne soit amputé par le traitement ANC - bien que le signal de neutralisation du bruit et le signal audio à reproduire soient amplifiés par le même canal et reproduits par le même transducteur.
  • Un autre but de l'invention est de mettre en oeuvre une technologie numérique (et non analogique comme dans le EP 2 597 889 A1 précité) pour un tel système ANC, implémentable notamment au sein d'un processeur numérique de signal (DSP).
  • Pour atteindre ces buts, l'invention propose un casque audio tel que divulgué par le EP 2 518 724 A1 précité. Un tel casque comprend :
    • deux écouteurs comportant chacun un transducteur de reproduction sonore d'un signal audio à reproduire, ce transducteur étant logé dans une cavité acoustique d'oreille ;
    • au moins un microphone apte à délivrer un signal capté comportant une composante de bruit acoustique ;
    • un capteur de mouvement monté sur au moins l'un des écouteurs et apte à délivrer un signal accélérométrique ; et
    • un processeur numérique de signal, DSP, comprenant :
      • des moyens de mixage, recevant en entrée un signal provenant du microphone ainsi que ledit signal audio à reproduire, et délivrant en sortie un signal apte à piloter le transducteur ; et
      • des moyens de réduction de bruit, comprenant des moyens aptes à analyser concurremment i) le signal microphonique délivré par le microphone et ii) le signal accélérométrique délivré par le capteur de mouvement, et vérifier si des caractéristiques courantes de ces signaux microphonique et accélérométrique vérifient ou non une première batterie de critères prédéterminés.
  • De façon caractéristique de l'invention :
    • le casque comprend un système de contrôle actif de bruit, ANC ;
    • le microphone est un microphone ANC interne placé à l'intérieur de la cavité acoustique ;
    • le DSP comprend :
      • une branche feedback en boucle fermée comprenant un filtre ANC feedback apte à appliquer une fonction de transfert de filtrage au signal délivré par le microphone ANC interne ; et
      • lesdits moyens de mixage, qui reçoivent en entrée le signal délivré par la branche feedback en sortie du filtre ANC feedback ainsi que ledit signal audio à reproduire, et délivrent en sortie ledit signal apte à piloter le transducteur ; et
    • le DSP comprend en outre des moyens de prévention des effets sur la branche feedback d'une saturation du signal délivré par le microphone interne, comprenant :
      • lesdits moyens aptes à analyser concurremment i) le signal microphonique délivré par le microphone et ii) le signal accélérométrique délivré par le capteur de mouvement, et vérifier si des caractéristiques courantes de ces signaux microphonique et accélérométrique vérifient ou non une première batterie de critères prédéterminés ; et
      • dans la branche feedback en amont du filtre ANC feedback, un filtre anti-saturation feedback sélectivement commutable en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères.
  • Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses :
    • le filtre anti-saturation feedback est l'un d'entre une pluralité de filtres préconfigurés sélectivement commutables, et le DSP comprend en outre des moyens aptes à sélectionner l'un des filtres anti-saturation préconfigurés en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères ;
    • le DSP comprend en outre : une branche d'égalisation, comprenant un filtre d'égalisation apte à appliquer une fonction de transfert d'égalisation au signal audio à reproduire avant application de celui-ci aux moyens de mixage ; et, dans la branche d'égalisation en amont du filtre d'égalisation, un filtre anti-saturation d'égalisation sélectivement commutable en même temps que le filtre anti-saturation feedback ;
    • le filtre anti-saturation d'égalisation est l'un d'entre une pluralité de filtres préconfigurés d'égalisation sélectivement commutables, et le DSP comprend en outre des moyens aptes à sélectionner l'un des filtres préconfigurés d'égalisation en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères ;
    • les caractéristiques courantes du signal accélérométrique comprennent une valeur d'énergie du signal accélérométrique, et les critères prédéterminés comprennent un seuil auquel est comparée ladite valeur d'énergie. Il peut notamment s'agir de valeurs d'énergie dans une pluralité de bandes de fréquences respectives, les critères prédéterminés comprenant une série de seuils respectifs auxquels sont comparées ces valeurs d'énergie si la valeur d'énergie du signal accélérométrique dépasse le seuil ;
    • le filtre ANC feedback est l'un d'entre une pluralité de filtres ANC feedback préconfigurés, sélectivement commutables, et le DSP comprend en outre : des moyens d'analyse du signal délivré par le microphone interne, aptes à vérifier si des caractéristiques courantes du signal délivré par le microphone interne vérifient ou non une seconde batterie de critères prédéterminés ; et des moyens de sélection, aptes à sélectionner l'un des filtres ANC feedback préconfigurés en fonction du résultat de la vérification de la seconde batterie de critères ;
    • le DSP comprend en outre une branche d'égalisation, comprenant un filtre d'égalisation apte à appliquer une fonction de transfert d'égalisation au signal audio à reproduire avant application de celui-ci aux moyens de mixage. Le filtre d'égalisation est l'un d'entre une pluralité de filtres d'égalisation préconfigurés, sélectivement commutables, et les moyens de sélection sont également aptes à sélectionner l'un des filtres d'égalisation préconfigurés, en fonction du filtre ANC feedback courant sélectionné.
  • On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références 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 illustre un exemple de forme d'onde typique du signal électrique délivré avant amplification par le microphone interne d'un casque ANC, lors de deux sauts par le porteur du casque.
    • La Figure 5 illustre de façon schématique, sous forme de blocs fonctionnels, la manière dont est réalisé le traitement de débruitage selon l'invention.
    • La Figure 6 illustre plus précisément les éléments mettant en oeuvre la fonction d'analyse du signal microphonique et de sélection des filtres à appliquer aux signaux à délivrer au transducteur du casque.
    • La Figure 7 est un organigramme décrivant le fonctionnement de la machine d'états de la fonction d'analyse et de sélection de la Figure 6.
    • La Figure 8 représente, en amplitude et en phase, les fonctions de transfert du filtre ANC avec et sans le filtrage anti-saturation selon l'invention, sélectionné de façon automatique en fonction des mouvements détectés.
    • La Figure 9 illustre des exemples d'atténuation obtenus dans les deux cas exemplifiés Figure 8.
  • 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.
  • Comme on l'a indiqué en introduction, cet exemple de configuration de type "casque" avec un transducteur logé dans une coque entourant l'oreille ou en appui sur celle-ci ne doit pas être considéré comme limitatif, l'invention pouvant être aussi bien appliquée à des écouteurs intra-auriculaires comprenant un élément à placer dans le conduit auditif, donc des écouteurs dépourvus de coque et de coussin entourant ou recouvrant l'oreille.
  • 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 20, 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.
  • Enfin, pour le contrôle actif du bruit, il est prévu un microphone interne 28 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 téléphonique), le signal acoustique capté par ce microphone interne 28 est une combinaison :
    • du bruit résiduel 32 provenant de la transmission du bruit externe environnant 30 au travers de la coque 14 de l'écouteur, et
    • d'une onde sonore 34 générée par le transducteur 18, qui est, idéalement selon le principe des interférences destructives, la copie inversée du bruit résiduel 32, c'est-à-dire du bruit à supprimer au point d'écoute.
  • La neutralisation du bruit par l'onde sonore 34 n'étant jamais parfaite, le microphone interne 28 recueille un signal résiduel qui est utilisé comme signal d'erreur e appliqué à une branche de filtrage feedback 36 en boucle fermée.
  • Éventuellement, un microphone externe 38 peut être placé sur la coque des écouteurs du casque, pour capter le bruit environnant à l'extérieur de l'écouteur, schématisé par l'onde 30. Le signal recueilli par ce microphone externe 38 est appliqué à un étage de filtrage feedforward 40 du système de contrôle actif du bruit. Les signaux issus de la branche feedback 36 et, si elle est présente, de la branche feedforward 40 sont combinés en 42 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 devra être prétraité par une égalisation 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 casque peut éventuellement porter, comme illustré Figure 1, un autre microphone externe 44 destiné à des fonctions de communication, par exemple si le casque est pourvu de fonctions de téléphonie "mains libres".
  • Ce microphone externe additionnel 44 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 considèrera comme microphone externe éventuellement utilisé par le système ANC que le microphone 38 dédié au contrôle actif du bruit.
  • La Figure 3 illustre, en coupe, un exemple de réalisation des différents éléments mécaniques et électroacoustiques représentés schématiquement sur la Figure 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 28 porté par une grille 48 maintenant celui-ci à proximité du conduit auditif de l'utilisateur.
  • Le but de l'invention est de pallier le phénomène, exposé en introduction, résultant des surpressions/dépressions brusques dans la cavité avant 22 qui sont susceptibles de produire, notamment dans les basses fréquences en dessous de 100 Hz, des dépassements extrêmes de la valeur du signal délivré par le microphone interne 28.
  • Ainsi, la Figure 4 illustre un exemple de signal délivré par le microphone interne 28, en l'espèce un microphone à électret qui délivre un signal ne dépassant pas 100 mV pour une pression acoustique de 110 dB SPL (Sound Pressure Leve/). Toutefois, comme illustré Figure 4, dans le cas de deux petits sauts successifs, on constate que cette valeur peut être très largement dépassée (dans l'exemple, elle atteint et dépasse 600 mV), ce qui peut produire après amplification des effets de saturation en plusieurs endroits de la chaine de traitement.
  • L'idée de base de l'invention est de détecter en amont du filtre feedback, avec un très faible temps de latence, les situations susceptibles de produire de tels pics de signal, afin d'éviter tous les phénomènes de saturation lors des mouvements brusques du casque, notamment pendant que l'utilisateur marche ou court.
  • La Figure 5 illustre de façon schématique, sous forme de blocs fonctionnels, le système de contrôle actif du bruit ANC incorporant, selon l'invention, une fonction anti-saturation permettant de compenser ce phénomène.
  • Il s'agit d'un système ANC de type numérique, mis en oeuvre par un processeur numérique de signal DSP 50. On notera que, bien que ces schémas soient présentés sous forme de circuits interconnectés, la mise en oeuvre des différentes fonctions est essentiellement logicielle, cette représentation n'étant qu'illustrative.
  • On retrouve la branche feedback dont le principe a été décrit plus haut en référence à la Figure 2, après numérisation au moyen d'un convertisseur ADC 52 du signal d'erreur e capté par le microphone interne 28. Le signal d'erreur numérisé est traité par un filtre feedback 54, puis converti en analogique par le DAC 56 afin d'être restitué par le transducteur 18 dans la cavité de l'écouteur 10. Le signal reproduit est éventuellement combiné à un signal de musique M qui, après égalisation en 58, est combiné en 60 au signal d'annulation du bruit pour conversion par le DAC 56 et reproduction par le transducteur 18.
  • Les filtrages opérés par les blocs 54 (fonction de transfert feedback HFB2 sur le signal microphonique) et 58 (fonction de transfert HEQ2 d'égalisation de la musique M) peuvent être réalisés notamment de la manière décrite dans la demande FR 14 53284 du 11.04.2014, au nom de la Demanderesse, intitulée "Casque audio à contrôle actif de bruit ANC avec réduction du souffle électrique", qui propose de mettre en oeuvre une pluralité de configurations de filtre prédéterminées, sélectivement commutables en fonction du signal capté par le microphone interne 28, de manière à optimiser le compromis entre l'atténuation plus ou moins forte du bruit ambiant et celle d'un souffle électrique également plus ou moins fort, en fonction du niveau et du contenu spectral du signal restitué à l'utilisateur, tel que recueilli par le microphone 28 placé dans la cavité avant 22 de l'écouteur.
  • Cette technique particulière de filtrage anti-souffle n'est cependant aucunement limitative, et le système anti-saturation selon l'invention s'applique aussi bien à des filtrages feedback et d'égalisation opérés par d'autres techniques.
  • Dans l'exemple illustré, le contrôle actif de bruit ANC est contrôlé par un module ANC 62 qui analyse le signal e et adapte en conséquence les fonctions de transfert HFB2 de la branche feedback 54 et HEQ2 de la branche d'égalisation 58 du signal de musique.
  • Plus précisément, le signal e capté par le microphone interne 28 (que l'on suppose identique au signal capté par l'oreille de l'utilisateur du casque) est (dans la configuration de la Figure 5) donné par : e = H ext / 1 − H a * H FB 2 * B + H a / 1 − H a * H FB 2 * H EQ 2 * M
    Figure imgb0001
    • B
    étant le signal de bruit extérieur 30,
    M
    étant le signal de musique entrant,
    Hext
    étant la fonction de transfert entre une source de bruit extérieure et le microphone interne 28,
    HFB2
    étant la fonction de transfert du filtre feedback 54,
    HEQ2
    étant la fonction de transfert du filtre d'égalisation 58, et
    Ha
    étant la fonction de transfert entre le transducteur 18 et le microphone interne 28.
  • De cette équation, on remarque qu'un signal de musique joué est soumis à une fonction de transfert : H a / 1 − H a * H FB 2 * H EQ 2
    Figure imgb0002
     de sorte que si le filtre HFB2 de la branche ANC feedback 54 est modifié, la perception de la musique par l'utilisateur s'en trouve également modifiée.
  • Pour que la perception de la musique reste la même, l'algorithme de contrôle ANC 62 modifie le filtre HEQ2 de la branche 58 d'égalisation de la musique en même temps que celui de la branche ANC feedback 54 pour rééquilibrer les effets du filtrage, bien entendu si un signal de musique est présent.
  • De façon caractéristique de l'invention, conjointement au signal du microphone interne 28, le traitement de contrôle actif du bruit ANC fait intervenir un accéléromètre 64 monté sur le casque (Figures 2 et 5), dont le rôle sera de détecter avec une très faible latence les mouvements de l'écouteur susceptibles de produite des effets de saturation du signal capté par le microphone interne 28, typiquement des mouvements résultant des déplacements de l'utilisateur pendant que celui-ci marche, court, saute... ou encore lorsque celui-ci manipule les écouteurs, par exemple pour réajuster leur position sur ses oreilles.
  • Le EP 2 518 724 A1 (Parrot) décrit un casque comprenant un accéléromètre intégré à un écouteur, mais dans ce document l'accéléromètre est utilisé comme capteur physiologique pour recueillir des composantes vocales non acoustiques transmises par conduction osseuse, donc non bruitées, d'un signal de parole émis par l'utilisateur, par exemple dans le cas où le casque est utilisé comme dispositif "mains libres" en combinaison avec un téléphone portable. Dans le cas de la présente invention, ce même accéléromètre peut être utilisé, mais avec un rôle différent, à savoir l'amélioration de la fonction ANC du casque, dans une configuration d'écoute (reproduction sonore) et non de parole (voix de l'utilisateur).
  • Le signal de l'accéléromètre 64, après numérisation au moyen d'un convertisseur ADC 66, est appliqué à un module "anti-saturation" 68 qui reçoit également le signal e recueilli par le microphone interne 28, après numérisation par le convertisseur ADC 52.
  • Les deux signaux, d'accélération et microphonique, sont analysés conjointement par le module anti-saturation 68, qui commande un filtre 70 (fonction de transfert HFB1 ) placé dans la branche feedback en amont du filtrage feedback proprement dit (bloc 54, fonction de transfert HFB2 ), et de même un filtre d'égalisation 72 (fonction de transfert HEQ1 ) placé dans la branche d'égalisation en amont du filtre d'égalisation (bloc 58, fonction de transfert HEQ2 ).
  • Très avantageusement, mais de façon non limitative, il est possible de prévoir, pour les blocs 70 et 72 définissant respectivement les fonctions de transfert des branches feedback et d'égalisation, une pluralité de configurations de filtrage prédéterminées, sélectivement commutables, avec un mécanisme de bascule intelligente entre ces différents filtres en fonction des signaux captés conjointement par l'accéléromètre 64 et le microphone interne 28.
  • Le module anti-saturation 68, à partir de ces signaux, définit celui des X filtres du bloc 70 de la branche feedback qu'il convient de sélectionner et, de même, celui des Y filtres du bloc 72 de la branche d'égalisation du signal de musique qu'il convient de sélectionner (Y pouvant être égal à X, mais pas nécessairement).
  • La sélection entre les X filtres de la fonction de transfert HFB1 du bloc 70 (ou des Y filtres de la fonction de transfert HEQ1 du bloc 72) se fait de la manière suivante.
  • Pour chacun des filtres, on interpole ses paramètres (fréquence centrale f0, facteur de qualité Q et gain G) et lors d'une transition les coefficients sont calculés par rapport à ces paramètres interpolés entre l'état initial et l'état final. Typiquement, il est possible d'utiliser un filtre à réponse impulsionnelle infinie (IIR), c'est-à-dire un type de filtre caractérisé par une réponse basée sur les valeurs du signal appliqué en entrée ainsi que les valeurs antérieures de la réponse que ce filtre a pu produire. On peut utiliser notamment un filtre IIR d'ordre 2, dit "biquad" dont la fonction de transfert donnant le signal de sortie y à l'instant n en fonction du signal d'entrée x aux instants n, n-1 et n-2 est donnée par : y n = b 0 * x n + b 1 * x n − 1 + b 2 * x n − 2 − a 1 * y n − 1 − a 2 * y n − 2 ,
    Figure imgb0003
     les coefficients a1, a2, b0, b1 et b2 de la fonction de transfert étant issus des paramètres f0 , Q et G du filtre.
  • La Figure 6 illustre plus précisément les éléments mis en oeuvre par le module anti-saturation 68 pour l'analyse du signal et la sélection des filtres des blocs 70 et 72.
  • Le signal e numérisé recueilli par le microphone interne 28 est soumis à une décomposition fréquentielle par une batterie de filtres 74 afin de calculer en 76 l'énergie Rmsi de ce signal e dans chacune de ses N composantes fréquentielles. Par exemple, Rms1 peut être la puissance du signal microphone en dessous de 100 Hz, Rms2 la puissance du signal autour de 800 Hz, etc. ce qui permet via l'analyse spectrale de distinguer diverses situations significatives : par exemple, pour une utilisation du casque dans un environnement bruyant de type transport (avion, train), le rapport entre basses et hautes fréquences est bien plus important que dans un environnement plus calme tel que dans un bureau.
  • Les valeurs obtenues Rms1, Rms2 ... RmsN sont appliquées à une machine d'états 78, qui compare ces valeurs d'énergie à des seuils respectifs et détermine en fonction de ces comparaisons celui des X filtres du bloc 70 de la branche feedback et le cas échéant (si de la musique est présente) celui des Y filtres du bloc 72 de la branche d'égalisation qui doit être sélectionné.
  • La Figure 7 illustre plus précisément la manière dont opère cette machine d'états 78.
  • La puissance RMSacc du signal de l'accéléromètre présent sur le casque est, éventuellement après préfiltrage, analysée en permanence. Si cette puissance dépasse un seuil prédéterminé Seuil a (test 80) alors la machine d'états considère que le casque subit un mouvement susceptible d'entrainer une saturation du contrôle ANC et déclenche un processus de contrôle anti-saturation, correspondant à la partie gauche de l'algorithme de la Figure 7.
  • Sur cet algorithme, les paramètres Activité et Atténuation sont des variables booléennes, tandis que les paramètres Timer1 et Trimer2 sont des valeurs de comptage d'une temporisation qui est remise à zéro par une action "Timer = 0", la notation "Timer++" indiquant que l'algorithme laisse se poursuivre le déroulement de la temporisation.
  • En présence d'une accélération dépassant le seuil prescrit, la machine d'états analyse le signal du microphone interne 28. Si la puissance RMS1 (puissance du signal microphonique dans une certaine plage de fréquences) dépasse un seuil prédéterminé Seuil_1 (test 82), alors la machine d'états modifie la fonction de transfert HFB1 de la branche feedback, par exemple en sélectionnant l'un des X filtres qui a pour effet de diminuer l'atténuation ANC dans les basses fréquences, et modifie également la fonction de transfert HEQ1 de la branche d'égalisation pour garder la même perception de la musique (bloc 84).
  • Dans le cas contraire, la puissance RMS2 du signal microphonique dans une autre bande de fréquence est testée de la même façon (bloc 82') par rapport à un second seuil Seuil_2 (avec Seuil_2 < Seuil_1). Si RMS2 > Seuil_2, alors on applique également une modification des fonctions de transfert HFB1 et HEQ1 (bloc 84'), typiquement avec une atténuation de l'ANC feedback présente, mais moins importante que dans le cas précédent. On peut ainsi tester un certain nombre de seuils successifs (test 82") de façon itérative avec des seuils progressivement plus bas, de manière à choisir, parmi les X filtres sélectionnables de la branche feedback HFB1 , celui qui optimisera le compromis entre l'atténuation du contrôle ANC et la protection contre la saturation de celui-ci (bloc 84").
  • Si dans toutes les bandes la puissance du signal du microphone interne 28 est inférieure au seuil le plus bas, on considère qu'il n'y a pas de risque de saturation et, après expiration d'une temporisation de X2 secondes (test 86) la machine d'états désactive les modules anti-saturation 70 et 72 (bloc 88).
  • Dans l'hypothèse où, au test 80, l'analyse du signal de l'accéléromètre indique que celui-ci ne dépasse pas le seuil prescrit, si le traitement anti-saturation était actif (test 90), alors à l'expiration d'une temporisation de X1 secondes (test 92), ce contrôle est désactivé automatiquement par la machine d'états (bloc 94).
  • Le fait de désactiver le contrôle anti-saturation et de ne le "réveiller" qu'aux moments opportuns offre l'avantage d'une économie importante sur la consommation électrique du DSP 50, augmentant ainsi l'autonomie du casque.
  • Les Figures 8 et 9 illustrent deux exemples de fonctions de transfert HFB1 appliquées sur la branche feedback du contrôle ANC, sans (A) et avec (B) modification par le module anti-saturation 68 : la Figure 8 représente, en amplitude et en phase, la fonction de transfert HFB1 dans ces deux cas, tandis que la Figure 9 illustre les atténuations correspondantes obtenues.
  • On constate que la détection d'une accélération déclenche une atténuation du gain de la branche ANC feedback de l'ordre de 12 à 15 dB à 40 Hz entre la courbe A (sans contrôle anti-saturation) et la courbe B (avec contrôle anti-saturation). La modification est essentiellement opérée dans les basses fréquences, au-dessous de 150 Hz, car c'est dans cette plage de fréquences que se situent les résonances de bruits de pas, etc. habituellement rencontrées en pratique. Le contrôle anti-saturation diminue, certes, les performances d'atténuation du contrôle ANC mais, en contrepartie, évite la production d'un "plop" très désagréable en sortie par le transducteur du fait de la saturation de la branche de contrôle ANC feed- back.

Claims (8)

  1. Un casque audio, comprenant :
    - deux écouteurs (10) comportant chacun un transducteur (18) de reproduction sonore d'un signal audio à reproduire, ce transducteur étant logé dans une cavité acoustique d'oreille (22) ;
    - au moins un microphone apte à délivrer un signal capté comportant une composante de bruit acoustique ;
    - un capteur de mouvement (64) monté sur au moins l'un des écouteurs et apte à délivrer un signal accélérométrique ; et
    - un processeur numérique de signal, DSP, (50) comprenant :
    d es moyens de mixage (46), recevant en entrée un signal provenant du microphone ainsi que ledit signal audio à reproduire (S), et délivrant en sortie un signal apte à piloter le transducteur (18) ; et
    d es moyens de réduction de bruit, comprenant des moyens (68) aptes à analyser concurremment i) le signal microphonique délivré par le microphone et ii) le signal accélérométrique délivré par le capteur de mouvement (64), et vérifier si des caractéristiques courantes de ces signaux microphonique et accélérométrique vérifient ou non une première batterie de critères prédéterminés,
    caractérisé en ce que :
    - le casque comprend un système de contrôle actif de bruit, ANC ;
    - le microphone est un microphone ANC interne (28) placé à l'intérieur de la cavité acoustique (22) ;
    - le DSP (50) comprend :
    · une branche feedback en boucle fermée (36) comprenant un filtre ANC feedback (54) apte à appliquer une fonction de transfert de filtrage (HFB ) au signal délivré par le microphone ANC interne (28) ; et
    · lesdits moyens de mixage (46), qui reçoivent en entrée le signal délivré par la branche feedback en sortie du filtre ANC feedback (54) ainsi que ledit signal audio à reproduire (S), et délivrent en sortie ledit signal apte à piloter le transducteur (18) ; et
    - le DSP comprend en outre des moyens de prévention des effets sur la branche feedback d'une saturation du signal délivré par le microphone interne (28), comprenant :
    · lesdits moyens (68) aptes à analyser concurremment i) le signal microphonique délivré par le microphone (28) et ii) le signal accélérométrique délivré par le capteur de mouvement (64), et vérifier si des caractéristiques courantes de ces signaux microphonique et accélérométrique vérifient ou non une première batterie de critères prédéterminés ; et
    · dans la branche feedback en amont du filtre ANC feedback (54), un filtre anti-saturation feedback (70) sélectivement commutable en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères.
  2. Le casque audio de la revendication 1, dans lequel :
    - le filtre anti-saturation feedback (70) est l'un d'entre une pluralité de filtres préconfigurés sélectivement commutables ; et
    - le DSP (50) comprend en outre :
    d es moyens (68) aptes à sélectionner l'un des filtres anti-saturation préconfigurés en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères.
  3. Le casque audio de la revendication 1, dans lequel :
    - le DSP (50) comprend en outre :
    · une branche d'égalisation, comprenant un filtre d'égalisation (58) apte à appliquer une fonction de transfert d'égalisation (HEQ ) au signal audio à reproduire (M) avant application de celui-ci aux moyens de mixage (60) ; et
    · dans la branche d'égalisation en amont du filtre d'égalisation (58), un filtre anti-saturation d'égalisation (72) sélectivement commutable en même temps que le filtre anti-saturation feedback (70).
  4. Le casque audio de la revendication 1, dans lequel :
    - le filtre anti-saturation d'égalisation (72) est l'un d'entre une pluralité de filtres préconfigurés d'égalisation sélectivement commutables ; et
    - le DSP (50) comprend en outre :
    d es moyens (68) aptes à sélectionner l'un des filtres préconfigurés d'égalisation en fonction du résultat de la vérification de la première batterie de critères.
  5. Le casque audio de la revendication 1, dans lequel les caractéristiques courantes du signal accélérométrique comprennent une valeur d'énergie (Rmsacc ) du signal accélérométrique, et les critères prédéterminés comprennent un seuil (Seuil_a) auquel est comparée ladite valeur d'énergie.
  6. Le casque audio de la revendication 5, dans lequel les caractéristiques courantes du signal microphonique comprennent des valeurs d'énergie (Rms1, Rms2 ...) du signal microphonique dans une pluralité de bandes de fréquences respectives (Filtre1, Filtre2 ...), et les critères prédéterminés comprennent une série de seuils respectifs (Seuil1, Seuil2 ... SeuilN) auxquels sont comparées lesdites valeurs d'énergie du signal microphonique si la valeur d'énergie (Rmsacc ) du signal accélérométrique dépasse ledit seuil (Seuil_a).
  7. Le casque audio de la revendication 1, dans lequel :
    - le filtre ANC feedback (54) est l'un d'entre une pluralité de filtres ANC feedback préconfigurés, sélectivement commutables ; et
    - le DSP (50) comprend en outre :
    d es moyens (62) d'analyse du signal délivré par le microphone interne, aptes à vérifier si des caractéristiques courantes du signal délivré par le microphone interne vérifient ou non une seconde batterie de critères prédéterminés ; et
    d es moyens de sélection (62), aptes à sélectionner l'un des filtres ANC feedback préconfigurés en fonction du résultat de la vérification de la seconde batterie de critères.
  8. Le casque audio de la revendication 7, dans lequel :
    - le DSP (50) comprend en outre :
    u ne branche d'égalisation, comprenant un filtre d'égalisation (58) apte à appliquer une fonction de transfert d'égalisation (HEQ ) au signal audio à reproduire (M) avant application de celui-ci aux moyens de mixage (60) ;
    - le filtre d'égalisation (58) est l'un d'entre une pluralité de filtres d'égalisation préconfigurés, sélectivement commutables ; et
    - les moyens de sélection (62) sont également aptes à sélectionner l'un des filtres d'égalisation préconfigurés, en fonction du filtre ANC feed-back courant sélectionné.
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