EP4712373A1

EP4712373A1 - Procédé et système de brouillage acoustique

Info

Publication number: EP4712373A1
Application number: EP25201714.0A
Authority: EP
Inventors: Bruno FAIN; Martial DEFOORT
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Institut Polytechnique de Grenoble; Universite Grenoble Alpes; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Institut Polytechnique de Grenoble; Universite Grenoble Alpes; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2024-09-13
Filing date: 2025-09-11
Publication date: 2026-03-18
Also published as: FR3166470A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de brouillage acoustique pour brouiller un signal acoustique d'intérêt (S_v) de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz, comportant la génération et l'émission d'au moins un signal de commande électrique (S_xe ) comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz, la conversion du signal de commande électrique (S_xe ) en un signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ), l'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ), la captation du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) conjointement avec le signal acoustique d'intérêt (S_v ), la conversion des signal (S_ac ) et (S_v ) en un signal brouillé (S_e ) basse fréquence et large, et l'émission du signal brouillé (S_e ) basse fréquence et large. Elle concerne également un système de brouillage.

Description

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne un procédé et un système de brouillage acoustique. Cette invention s'inscrit dans le domaine de la cybersécurité « hardware ».
De par l'accroissement des technologies nous entourant, il est de plus en plus difficile de sécuriser des conversations présentielles.
Que ce soit dans un cadre professionnel lors d'une rencontre confidentielle, ou même dans un cadre de vie privée, où l'on se croit alors pourtant à l'abri de toute oreille malicieuse, des appareils électroniques du quotidien, tels un smartphone doté d'un assistant vocal, ont déjà été accusés d'écouter des conversations environnantes, par exemple à des fins de démarchage, de génération de statistiques, ou d'espionnage industriel.
Une « conversation environnante » désigne ici une conversation tenue en présence de l'appareil électronique, mais pas nécessairement au moyen de l'appareil électronique ; c'est-à-dire par exemple lorsque l'appareil électronique est posé, par exemple sur une table ou dans une poche d'un individu, mais pas directement utilisé en conversation téléphonique.
L'appareil électronique aurait donc alors une activité, à l'insu de personnes dans l'entourage de l'appareil électronique.

Etat de la technique

Afin de pallier ce problème, quelques solutions « physiques » (par opposition à des solutions « logicielles ») ont été développées.
Une des plus conventionnelles, mais moins confortable, consiste en une mini-enceinte générant un bruit blanc dans le spectre audible. Il s'agit donc de couvrir directement les paroles de la conversation environnante par un bruit blanc. Mais ceci a pour contrepartie le désagrément que les participants à la conversation entendent aussi ce bruit blanc. Un tel dispositif est relativement onéreux et encombrant (de l'ordre de grandeur d'un smartphone). De plus, la génération de bruit blanc peut rapidement être énergivore et prédictible.
Prédictible signifie ici qu'il est possible d'identifier un modèle correspondant à la génération dudit bruit blanc.
Eviter la prédictibilité devient alors d'autant plus énergivore, car le générateur devient plus complexe, et donc généralement plus onéreux, à réaliser.

Exposé de l'invention

La présente invention vise à surmonter au moins en partie les inconvénients précités, pouvant en outre mener à d'autres avantages.
A cet effet, est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un système de brouillage acoustique configuré pour brouiller un signal acoustique d'intérêt de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz, le système comportant au moins :

un dispositif d'excitation électrique, configuré pour générer au moins un signal de commande électrique, le signal de commande électrique comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz,
un composant ultrasonore non-linéaire configuré pour capter le signal de commande électrique généré par le dispositif d'excitation électrique, et émettre un signal acoustique ultrasonore chaotique large qui est fonction du signal de commande électrique, et
un microphone configuré pour capter le signal acoustique d'intérêt et le signal acoustique ultrasonore chaotique large émis par le composant ultrasonore non-linéaire, et émettre un signal brouillé S_e basse fréquence et large.

Un microphone comporte généralement une membrane mécanique permettant de capter toute onde acoustique se situant dans une plage de fréquence audible, c'est-à-dire comprise entre environ 20 Hz et 20 kHz. Toutefois, en pratique, un microphone capte aussi des fréquences bien supérieures, par exemple pouvant atteindre au moins 400 kHz.
Un microphone désigne ici de manière générale tout capteur/récepteur acoustique ou tout enregistreur vocal.
Un tel microphone est généralement conçu pour avoir une réponse linéaire jusqu'à un certain seuil ; au-delà de ce seuil, la réponse est non-linéaire.
Du fait de cette non-linéarité, le microphone, exposé à un signal ultrasonore (aussi désigné plus directement « ultrason »), en particulier un signal ultrasonore multi-fréquentiel, génère de fait un signal dans la partie audible, suivant des principes bien connus qui sont explicités ci-dessous, au moins en partie.
Le système de brouillage acoustique selon l'invention est notamment basé sur les ultrasons et la non-linéarité inhérente d'un microphone.
Un ultrason désigne ici un signal sonore d'une fréquence égale ou supérieure à 20 kHz, par exemple comprise entre 20 kHz et 10 MHz.
Traditionnellement, un microphone traduit un signal acoustique S_a en un signal électrique S_e de manière linéaire : S_e = αS_a, où α est un coefficient de sensibilité du microphone.
Cependant, lorsque la pression acoustique mesurée est trop importante, c'est-à-dire dépasse un seuil qui est propre au microphone, le microphone ne réagit plus de manière linéaire et des harmoniques supplémentaires apparaissent : $S_{e, n} = α_{1} S_{a} + α_{2} {S_{a}}^{2} + \dots + α_{n} {S_{a}}^{n}$
Où n (un entier positif) est le rang de l'harmonique.
Plus la pression acoustique est élevée, plus il sera préférable de prendre en compte les termes d'ordres supérieurs (i.e. n grand) pour décrire correctement la réponse du microphone, c'est-à-dire la modéliser plus fidèlement.
Communément, l'état de l'art se limite à l'ordre deux : $S_{e, 2} = α_{1} S_{a} + α_{2} {S_{a}}^{2}$
Il est à noter cependant que la présente invention peut aussi fonctionner dans le cadre général : S_e,n (n>1, voire n>2).
Dans le reste de la présente description, par souci de simplification d'écriture et facilité de lecture : S_e=S_e,n., pour tout n ≥ 1.
Le terme quadratique de l'équation (2) est un élément clé pour un brouillage acoustique basé sur des ultrasons.
En générant simultanément deux ondes acoustiques S _a,1 = A ₁ cos ω ₁ t et S _a,2 =
A ₂ cos ω ₂ t, avec t le temps, A_i l'amplitude du signal S_a,i et ω_i la pulsation du signal S_a,i , où ω_i = 2πf_i, on obtient : $S_{e} = α_{1} (A_{1} \cos ω_{1} t + A_{2} \cos ω_{2} t) + α_{2} {(A_{1} \cos ω_{1} t + A_{2} \cos ω_{2} t)}^{2}$
Soit: $\begin{array}{l} S_{e} = α_{1} (A_{1} \cos ω_{1} t + A_{2} \cos ω_{2} t) + α_{2} [\frac{1}{2} {A_{1}}^{2} (1 + \cos 2 ω_{1} t) + \frac{1}{2} {A_{2}}^{2} (1 + \cos 2 ω_{2} t) + \\ A_{1} A_{2} (\cos (ω_{1} + ω_{2}) t + \cos (ω_{1} - ω_{2}) t)] \end{array}$
Le dernier terme de l'équation (3.b), à savoir (cos(ω ₁ - ω ₂)t), transcrit l'intérêt d'utiliser des ultrasons, c'est-à-dire des hautes fréquences : en utilisant deux ondes acoustiques ultrasonores (par exemple 50 kHz et 45 kHz), le terme quadratique de l'équation (2) crée des termes supplémentaires, dont un terme à basse fréquence (par exemple : 50-45 = 5 kHz).
De manière plus générale, un signal large et haute fréquence, compris entre les deux pulsations f ₁ et f ₂, se traduira par un signal large basse fréquence, compris entre 0 et (f ₂ - f ₁).
Dans un exemple de mise en œuvre intéressant, une différence, en valeur absolue, entre la fréquence f ₁ de la première composante et la fréquence f ₂ de la deuxième composante du signal de commande électrique est égale ou inférieure à 20 kHz, de manière à générer un signal large basse fréquence sur la plage audible (0 - 20 kHz). Selon un autre exemple de mise en œuvre, et de manière plus générale, le signal de commande électrique peut être décrit par un ensemble de n fréquence f ₁ , f ₂ , ...,f_n, l'ensemble étant noté E.
On définit l'ensemble des combinaisons C associé à E comme l'ensemble des 2" fréquences obtenues par la formule $\sum_{1}^{n} \pm f_{i}$ .
Par exemple, pour un ensemble E comportant trois fréquences f₁, f ₂ , f ₃ , l'ensemble C associé est {f ₁ + f ₂ + f ₃ _, f ₁ + f ₂ - f ₃ , f ₁ - f ₂ + f ₃ , f ₁ - f ₂ - f ₃, - f ₁ + f ₂ + f _3, - f ₁ + f ₂ -f ₃ ,- f ₁ - f ₂ + f ₃ ,- f ₁ - f ₂ - f₃ }.
Selon un mode de mise en œuvre de l'invention, le signal de commande électrique comporte alors au moins un couple de fréquences dans l'ensemble associé C présentant une différence inférieure à 20 kHz.
Ainsi, le composant ultrasonore non-linéaire qui capte le signal de commande électrique généré par le dispositif d'excitation électrique, émet un signal acoustique ultrasonore chaotique large, typiquement sur une plage de 20 kHz environ.
Grâce à la non-linéarité du microphone, des ultrasons à des fréquences différentes peuvent donc avoir un effet dans le domaine audible.
Dans le cadre de la présente invention, le système est alors configuré pour que, lorsque le microphone capte un signal acoustique d'intérêt, par exemple une conversation, le microphone capte en outre un signal acoustique ultrasonore chaotique émis par le composant ultrasonore non-linéaire.
En conséquence, le microphone émet alors un signal brouillé S_e basse fréquence et large, dans lequel un signal correspondant au signal acoustique d'intérêt est inidentifiable.
Dans un exemple de réalisation, le signal brouillé S_e basse fréquence et large est un signal électrique.
Le microphone est ainsi configuré pour générer, en sortie, un bruit basse fréquence, c'est-à-dire un signal électrique basse fréquence (dans l'exemple susmentionné, d'au plus environ 5 kHz, mais ceci dépend des signaux acoustiques envoyés au microphone, que l'on peut choisir via le signal d'excitation électrique, i.e. le signal de commande électrique généré par le dispositif d'excitation électrique), ce qui limite, voire empêche, d'identifier une discussion, ou toute information partagée de manière acoustique, au voisinage du microphone.
Ici, un signal électrique basse fréquence désigne un signal de fréquences inférieures à celles du signal ultrasonore, en particulier dans la plage audible (i.e. environ 20Hz - 20kHz), par exemple dans la plage traditionnellement associée à la parole, i.e. ayant une fréquence inférieure à 5 kHz, voire par exemple inférieure à 3 kHz, voire 1 kHz, par exemple d'environ 440 Hz (par exemple +/- 50 Hz).
En d'autres termes, un signal électrique basse fréquence désigne ici un signal électrique centré sur une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 5 kHz, voire entre environ 200 Hz et 3 kHz.
En outre, dans le cadre de la présente invention, le système est alors configuré pour que, en sortie du microphone, le signal soit un signal large.
Ici, un signal « large » désigne un signal avec une largeur de bande permettant au moins de couvrir un spectre vocal, par exemple d'une largeur au moins égale à 1 kHz. Plus le signal est large, meilleur est alors le brouillage.
Un tel signal suffit pour brouiller une information dans un signal acoustique humain (conversation).
Selon une option intéressante, le système est configuré pour que le signal brouillé basse fréquence et large soit centré sur une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 5 kHz, voire entre environ 200 Hz et 3 kHz.
L'invention, selon un exemple de réalisation, s'appuie sur au moins un composant de type « MEMS (pour « micro-electro-mechanical system : microsystème électromécanique), en particulier sur au moins un « MUT » (pour « Micromachined Ultrasonic Transducer » : transducteur ultrasonore micro-usiné) ou par exemple un composant acoustique en céramique (PZT).
Un MUT désigne par exemple ici un PMUT (« Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer » : un MUT piézoélectrique), ou un CMUT (« Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer » : un MUT capacitif).
Un composant ultrasonore non-linéaire permet de générer, donc émettre, et/ou capter, voire mesurer, des ondes ultrasonores.
Dans un mode d'utilisation particulier, le composant ultrasonore non-linéaire peut donc être utilisé comme un microphone ; autrement dit le composant ultrasonore non-linéaire peut former un microphone, et donc avoir un comportement analogue à celui décrit ci-dessus.
Dans le cadre de la présente invention, le composant ultrasonore non-linéaire est utilisé comme émetteur d'onde ultrasonore acoustique.
Dans un exemple de réalisation, le composant ultrasonore non-linéaire est configuré pour émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique ayant au moins un spectre de fréquences compris entre environ 20 kHz et 400 kHz.
En effet, un composant ultrasonore non-linéaire peut se comporter de manière chaotique à la demande, permettant d'obtenir une réponse spectrale riche, similaire à du bruit, à haute fréquence (ultrasons).
Le chaos est un phénomène physique que l'on retrouve partout dans la nature, dans le mouvement des planètes dans le système solaire, l'évolution de la météo, ou encore le comportement du cerveau humain sous certaines contraintes. Ce phénomène peut se résumer à « l'effet papillon » : des variations infinitésimales engendrent des changements drastiques dans la dynamique du système.
Par conséquent, le bruit intrinsèque d'un composant placé en régime chaotique est amplifié et ce qui rend la dynamique du composant non-prédictible.
Dans une utilisation d'un composant ultrasonore non-linéaire, il est souvent question d'une résonance, c'est-à-dire que la structure mécanique du composant ultrasonore non-linéaire va vibrer avec une amplitude relativement exacerbée, proche d'une fréquence caractéristique : la fréquence de résonance.
Par exemple, le composant ultrasonore non-linéaire a une fréquence de résonance comprise entre 20 kHz et 400 kHz.
Tout comme un microphone tel que décrit plus haut, un composant ultrasonore non-linéaire a un comportement non-linéaire lorsqu'il est excité avec une forte tension.
Le comportement dynamique d'un composant ultrasonore non-linéaire se décrit par exemple par l'équation suivante, appelée équation de Duffing : $\ddot{x} + Δ ω \dot{x} + ω_{0}^{2} x + γ x^{3} = F_{0} \cos ω t$
Avec x le déplacement de la structure mobile, ẋ sa première dérivée temporelle (vitesse), et ẍ sa seconde dérivée temporelle (accélération), Δω la dissipation du système, ω ₀ la pulsation de résonance telle que $f_{0} = \frac{ω_{0}}{2 π}$ la fréquence de résonance, γ le coefficient de non-linéarité, F ₀ la force d'excitation normalisée par la masse du résonateur, et ω la pulsation telle que $f = \frac{ω}{2 π}$ la fréquence d'excitation.
L'apparition de non-linéarité introduit une courbure de la résonance amenant à l'apparition d'une hystérésis. Dans cette hystérésis, à fréquence d'excitation fixe, le résonateur peut soit vibrer à haute amplitude (branche supérieure de la courbe) ou à basse amplitude (branche inférieure de la courbe). Le choix est déterminé par l'historique du système.
En fonction du point de fonctionnement choisi dans cette hystérésis et en appliquant une modulation prédéterminée en amplitude et/ou en fréquence, il est possible de bifurquer d'une branche à l'autre de l'hystérésis.
Cette configuration se retrouve aussi en considérant deux composantes à deux fréquences d'excitation distinctes, au lieu d'effectuer une modulation de signal. Cette configuration est un cas plus général qu'une modulation, et est particulièrement intéressante dans le cadre de cette invention.
En fonction de caractéristiques de cette modulation, par exemple la fréquence, ou des deux composantes, le résonateur peut alors être hors-équilibre : plutôt que de passer périodiquement d'une branche à l'autre de l'hystérésis, le résonateur aura un comportement chaotique, en passant du temps sur l'une puis l'autre branche durant des temps plus ou moins longs, en ne répétant jamais le même parcours.
Dans un exemple de réalisation, le système peut comporter une source de tension modulée.
Par exemple, la source de tension modulée est couplée au composant ultrasonore non-linéaire.
Ceci contribue à générer des ultrasons avec une enveloppe chaotique, le signal étant alors toutefois très proche de celui d'un bruit, en utilisant au moins un composant ultrasonore non-linéaire, et une source de tension modulée.
Dans un domaine fréquentiel, le spectre (fréquentiel) du signal chaotique émis par le composant ultrasonore non-linéaire est alors large.
De même, ici, un signal « large » désigne un signal avec une largeur de bande au moins égale à 1 kHz.
Un avantage, par exemple, est que cette configuration est adaptable sans prérequis sur la conception, la fabrication, l'implémentation ou le packaging du système.
Dans un exemple de réalisation, le composant ultrasonore non-linéaire peut en outre être configuré pour générer un signal ayant un haut niveau sonore, i.e. ayant un niveau sonore, en décibel, d'au moins 60 dB SPL (Sound Pressure Level), par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL.
Les mesures s'entendent ici dans des conditions normales, notamment de température et de pression, i.e. à pression ambiante, température ambiante, et humidité standard c'est-à-dire d'environ 40%.
Ainsi, le signal acoustique ultrasonore chaotique peut avoir un très haut volume sonore, mais une oreille humaine ne le perçoit généralement pas.
Par exemple, le composant ultrasonore non-linéaire est configuré pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique avec un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL, par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL, par exemple environ 80 dB SPL. Dans un exemple de réalisation, le composant ultrasonore non-linéaire peut être disposé à un endroit stratégique dans une zone à privatiser, par exemple à proximité du microphone, par exemple à moins de 5 m (mètres) du microphone, voire à moins d'1 m, voire à moins de 50 cm, voire à moins de 10 cm.
Selon l'invention, comme mentionné précédemment, le dispositif d'excitation électrique est configuré pour générer au moins un signal de commande électrique pour exciter le composant ultrasonore non-linéaire, lequel peut en conséquence émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique large.
Dans un exemple de réalisation intéressant, le dispositif d'excitation électrique peut être disposé à un endroit stratégique par rapport au composant ultrasonore non-linéaire, par exemple à proximité du composant ultrasonore non-linéaire, par exemple à moins de 5 m (mètres) du composant ultrasonore non-linéaire, voire à moins d'1 m, voire à moins de 50 cm, voire à moins de 10 cm. Dans un exemple de réalisation dans un système intégré, le dispositif d'excitation électrique et le composant ultrasonore non-linéaire peuvent être adjacents.
Le dispositif d'excitation électrique est ici configuré pour générer au moins un signal de commande électrique, le signal de commande électrique comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz.
En pratique, le fonctionnement fait par exemple intervenir deux bandes de fréquences, par exemple d'au moins 10 Hz de large centrée sur la fréquence f_i .
Dans un exemple de mise en œuvre, la fréquence f_i d'au moins l'une des deux composantes du signal de commande électrique est comprise entre 40 kHz et 80 kHz. Dans un exemple de mise en œuvre, la fréquence f ₁ et la fréquence f ₂ de chacune des deux composantes du signal de commande électrique est comprise entre 40 kHz et 80 kHz.
Dans un exemple de réalisation, le signal de commande électrique généré par le dispositif d'excitation électrique est configuré pour engendrer le signal acoustique ultrasonore chaotique généré par le composant ultrasonore non-linéaire avec un haut niveau sonore, i.e. ayant un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL, par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL.
Dans un exemple de réalisation, le système comporte un émetteur acoustique, lequel comporte le dispositif d'excitation électrique et le composant ultrasonore non-linéaire. L'émetteur acoustique est ainsi configuré pour émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique.
Selon une option, le système peut comporter un détecteur de brouillage qui est configuré pour indiquer si un brouillage est actif.
Un tel détecteur de brouillage permet de valider si un brouillage est actif ou non.
Par exemple, il comporte un microphone ou un ensemble de microphones très performants, faiblement non-linéaire, i.e. par exemple dont un coefficient de non-linéarité γ (comme mentionné dans l'Eq. 4 ci-dessous) est au moins un ordre de grandeur plus faible que celui du microphone brouillé.
Par exemple, le détecteur de brouillage est plus linéaire que le microphone du système de brouillage acoustique.
Selon une autre option, le système peut aussi comporter un dispositif de contrôle de signal reçu qui est configuré pour écouter et/ou visualiser un signal reçu, mettant par exemple en évidence le brouillage mis en œuvre.
Dans un exemple de réalisation, le système de brouillage acoustique peut comporter un appareil électronique, par exemple un smartphone, l'appareil électronique comportant un microphone.
Dans un exemple de réalisation privilégié, le microphone de l'appareil électronique comporte le microphone du système de brouillage.
Dans un exemple de réalisation, l'appareil électronique peut en outre comporter le composant ultrasonore non-linéaire.
Dans un exemple de réalisation, l'appareil électronique peut en outre comporter le dispositif d'excitation électrique.
Autrement dit, au moins une partie des composants du système de brouillage acoustique peut être incluse dans l'appareil électronique.
Est également proposé, selon un autre aspect, un procédé de brouillage acoustique d'un signal acoustique d'intérêt S_v , pour brouiller le signal acoustique d'intérêt S_v , le signal acoustique d'intérêt S_v ayant une fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz, le procédé comportant au moins :

Une étape de génération et d'émission d'au moins un signal de commande électrique S_xe, par exemple par un dispositif d'excitation électrique, le signal de commande électrique comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz ;
Une étape de conversion du signal de commande électrique S_xe, par exemple par un composant ultrasonore non-linéaire, en un signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac ;
Une étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac, par exemple par le composant ultrasonore non-linéaire ;
Une étape de captation, par exemple par un microphone, en particulier par un microphone non-linéaire sur au moins une plage de fréquences égales ou supérieures à 20 kHz, par exemple comprises entre 20 kHz et 10 MHz, du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac conjointement avec le signal acoustique d'intérêt S_v ;
Une étape de conversion, par exemple par le microphone, du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac et du signal acoustique d'intérêt S_v en un signal brouillé S_e basse fréquence et large ;
Une étape d'émission, par exemple par le microphone, du signal brouillé S_e basse fréquence et large.

Un tel procédé présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux du système pour des caractéristiques correspondantes.
Un tel procédé est par exemple mis en œuvre par un dispositif tel que décrit précédemment.
Comme décrit précédemment, un signal basse fréquence désigne un signal d'une fréquence comprise entre 0 Hz et 20 kHz, voire entre 20 Hz et 20 kHz.
De même, un signal large désigne un signal avec une largeur de bande au moins égale à 1 kHz.
Par exemple, l'étape d'émission du signal brouillé S_e est configurée pour émettre le signal brouillé S_e centré sur une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 5 kHz, par exemple entre environ 200 Hz et 3 kHz.
Par exemple, l'étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique avec un spectre de fréquences d'au moins 20 kHz, par exemple compris entre 20 kHz et 400 kHz.
Par exemple, le signal acoustique ultrasonore chaotique est large bande.
Par exemple, le signal acoustique ultrasonore chaotique présente un continuum de fréquence sur son spectre.
Par exemple, l'étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique avec un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL, par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL.
Par exemple, l'étape de génération et d'émission du signal de commande électrique est configurée pour générer au moins l'une des deux composantes avec une fréquence f_i comprise entre 40 kHz et 80 kHz.
Par exemple, l'étape de génération et d'émission du signal de commande électrique S_xe est configurée pour générer les deux composantes avec une fréquence f_i comprise entre 40 kHz et 80 kHz.
Par exemple, les deux composantes ont une fréquence f_i qui est prédéterminée, i.e. fixée.
Par exemple, au moins l'une des deux composantes du signal de commande électrique S_xe est périodique, voire les deux composantes du signal de commande électrique S_xe sont périodiques.
Par exemple, le signal acoustique d'intérêt S_v et la conversion, non linéaire, du signal acoustique chaotique S_ac sont ensuite superposés, rendant le signal acoustique d'intérêt S_v indiscernable.

Brève description des figures

L'invention, selon un exemple de réalisation, sera bien comprise et ses avantages apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 représente schématiquement un système de brouillage selon un exemple de réalisation de la présente invention ;
la figure 2 représente une micrographie d'une structure un MUT selon un exemple de réalisation de l'invention ;
la figure 3 illustre le comportement chaotique d'un MUT en représentant, par l'amplitude (en millivolt) en ordonnées en fonction de la fréquence (en kilohertz) en abscisses, une réponse fréquentielle d'un MUT dans le régime linéaire (courbe continue) et non-linéaire (courbe en pointillés) avec les hautes et basses amplitudes coexistant pour une même fréquence d'excitation (hystérésis) ;
la figure 4 illustre le comportement chaotique du MUT selon la figure 3 en représentant, par l'amplitude (en millivolt) en ordonnées en fonction du temps (en secondes) en abscisses, trois mesures temporelles successives de la structure dans le régime chaotique avec des conditions initiales similaires ;
la figure 5 représente la transformée de Fourier de la réponse du MUT de la figure 4 : dans le régime chaotique, le système n'émet pas seulement à sa fréquence d'excitation, mais sur une plage « large » autour de celle-ci ; et
la figure 6 illustre un procédé de brouillage selon un exemple de mise en oeuvre de la présente invention.

Description détaillée

La présente invention se base sur un composant MEMS et une manière de le piloter électriquement, pour venir « parasiter » un microphone, i.e. tout récepteur acoustique, afin de limiter un risque, voire d'empêcher, un enregistrement d'un signal d'intérêt, par exemple une conversation privée, voire confidentielle.
Pour cela, l'invention permet de rendre temporairement un microphone inexploitable, ou inutilisable, pour éviter tout enregistrement et rendre caduque tout piratage logiciel d'un appareil électronique (i.e. téléphone, ordinateur) comportant le microphone. Comme l'illustre la figure 1, un système de brouillage acoustique 1 selon un exemple de réalisation de l'invention est configuré pour brouiller un signal acoustique d'intérêt S_v.
Le signal acoustique d'intérêt S_v est typiquement une conversation privée, voire confidentielle.
Le signal acoustique d'intérêt S_v a donc par exemple une fréquence dans le domaine de l'audible par un humain, par exemple comprise entre 20 Hz et 20 kHz.
Sur la figure 1, le système de brouillage acoustique 1 comporte :

un dispositif d'excitation électrique 11, configuré pour générer au moins un signal de commande électrique S_xe, le signal de commande électrique S_xe comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz,
un composant ultrasonore non-linéaire 12 configuré pour capter le signal de commande électrique S_xe généré par le dispositif d'excitation électrique 11, et émettre un signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac qui est fonction du signal de commande électrique S_xe, et
un microphone 13 configuré pour capter le signal acoustique d'intérêt S_v et le signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac émis par le composant ultrasonore non-linéaire 12, et émettre un signal brouillé S_e basse fréquence et large.

Le dispositif d'excitation électrique 11 est configuré pour générer au moins un signal de commande électrique pour exciter le composant ultrasonore non-linéaire, lequel peut en conséquence émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique.
En particulier, le dispositif d'excitation électrique 11 est ici configuré pour générer un signal de commande électrique S_xe comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz.
Le dispositif d'excitation électrique 11 génère un signal, à une fréquence proche de la fréquence de résonance du composant ultrasonore non-linéaire (typiquement entre 20 et 400 kHz), modulé en amplitude ou en fréquence.
Plus précisément, il peut générer par exemple un signal de haute amplitude, typiquement avec une tension pic-pic comprise entre 1 V et 10 V, à une fréquence proche de la fréquence de résonance du composant ultrasonore non-linéaire 12, typiquement entre 20 kHz et 400 kHz, modulée soit en amplitude, avec un pourcentage de modulation compris entre 50% et 100%, soit en fréquence, avec une fréquence de modulation typiquement comprise entre 1 kHz et 20 kHz.
Le dispositif d'excitation électrique 11 se présente par exemple sous la forme d'électronique discrète ou de circuit intégré.
En termes relatifs, la tension permet l'apparition d'une hystérésis (illustrée figure 3, décrite ci-dessous) équivalent à au moins trois bandes-passantes du composant ultrasonore non linéaire 12 (en régime linéaire), avec une fréquence d'excitation se trouvant dans le voisinage de cette hystérésis, et avec une modulation permettant de rentrer/sortir de cette hystérésis.
Le composant ultrasonore non-linéaire 12 peut par exemple comporter un transducteur ultrasonore micro-usiné (MUT), par exemple un MUT piézoélectrique (PMUT), ou un MUT capacitif (CMUT), ou encore un composant acoustique en céramique (PZT).
La figure 2 représente par exemple une micrographie d'une structure un PMUT selon un exemple de réalisation de l'invention.
Le composant ultrasonore non-linéaire est actionné par le signal de commande du dispositif d'excitation électrique 11 et génère un signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac.
En effet, un composant ultrasonore non-linéaire peut se comporter de manière chaotique à la demande, permettant d'obtenir une réponse spectrale riche, similaire à du bruit, à haute fréquence (ultrasons).
Un signal chaotique désigne ici un signal non périodique, exponentiellement sensible aux variations, le rendant en pratique non prédictible.
Ce signal acoustique ultrasonore chaotique est très dépendant des conditions initiales et ne peut pas être corrigé par une mesure de référence, ou filtré.
Le composant ultrasonore non-linéaire a par exemple une fréquence de résonance comprise entre 20 kHz et 400 kHz.
Ici, le composant ultrasonore non-linéaire est configuré pour émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique avec une fréquence comprise entre environ 20 kHz et 400 kHz, par exemple entre environ 40 kHz et 80 kHz.
Le composant ultrasonore non-linéaire 12 a un comportement non-linéaire lorsqu'il est excité avec une forte tension.
Le comportement dynamique d'un composant ultrasonore non-linéaire se décrit par exemple par l'équation suivante, appelée équation de Duffing : $\ddot{x} + Δ ω \dot{x} + ω_{0}^{2} x + γ x^{3} = F_{0} \cos ω t$
Avec x le déplacement de la structure mobile, ẋ sa première dérivée temporelle (vitesse), et ẍ sa seconde dérivée temporelle (accélération), Δω la dissipation du système, ω ₀ la pulsation de résonance telle que $f_{0} = \frac{ω_{0}}{2 π}$ la fréquence de résonance, y le coefficient de non-linéarité, F ₀ la force d'excitation normalisée par la masse du résonateur, et ω la pulsation telle que $f = \frac{ω}{2 π}$ la fréquence d'excitation.
L'apparition de non-linéarité introduit une courbure de la résonance amenant à l'apparition d'une hystérésis, illustrée par exemple sur la figure 3.
La figure 3 illustre le comportement chaotique d'un MUT en représentant, par l'amplitude (en millivolt) en ordonnées en fonction de la fréquence (en kilohertz) en abscisses, une réponse fréquentielle d'un MUT dans le régime linéaire (courbe continue) et non-linéaire (courbe en pointillés) avec les hautes et basses amplitudes coexistant pour une même fréquence d'excitation (hystérésis).
En considérant par exemple la courbe représentant le comportement non linéaire, en pointillés, celle-ci comporte une hystérésis.
Dans cette hystérésis, à fréquence d'excitation déterminée, par exemple 74 kHz, le résonateur peut soit vibrer à haute amplitude (branche supérieure de la courbe : point AH) ou à basse amplitude (branche inférieure de la courbe : point AB).
Le choix est déterminé par l'historique du système.
En fonction du point de fonctionnement choisi dans cette hystérésis et en appliquant une modulation prédéterminée en amplitude et/ou en fréquence, il est possible de bifurquer d'une branche à l'autre de l'hystérésis.
Cette configuration se retrouve aussi en considérant deux composantes à deux fréquences d'excitation distinctes, au lieu d'effectuer une modulation de signal. Cette configuration est un cas plus général qu'une modulation, et est particulièrement intéressante dans le cadre de cette invention.
En fonction de caractéristiques de cette modulation, par exemple la fréquence, ou des deux composantes du signal, le résonateur peut alors être hors-équilibre : plutôt que de passer périodiquement d'une branche à l'autre de l'hystérésis, le résonateur aura un comportement chaotique en passant du temps sur l'une puis l'autre branche durant des temps plus ou moins longs, en ne répétant jamais le même parcours.
Dans un domaine fréquentiel, le spectre (fréquentiel) du signal chaotique S_ac émis par le composant ultrasonore non-linéaire 12 est alors large (comme l'illustre la figure 5). De même, ici, un signal « large » désigne un signal avec une largeur de bande au moins égale à 1 kHz.
Ici, le signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac émet par exemple sur une bande de fréquence comprise entre 71 kHz et 77 kHz.
En outre, le composant ultrasonore non-linéaire peut en outre être configuré pour générer un signal ayant un haut niveau sonore, i.e. ayant un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL (Sound Pressure Level), par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL.
Ainsi, le signal acoustique ultrasonore chaotique peut avoir un très haut volume sonore, une oreille humaine ne le perçoit généralement pas.
Les figures 4 et 5 illustrent, dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel, le signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac.
La figure 4 illustre par exemple le comportement chaotique d'un MUT selon la figure 3 en représentant, par l'amplitude (en millivolt) en ordonnées en fonction du temps (en secondes) en abscisses, trois mesures temporelles successives de la structure dans le régime chaotique avec des conditions initiales similaires ; et la figure 5 représente la transformée de Fourier de la réponse du MUT de la figure 4 : dans le régime chaotique, le système n'émet pas seulement à sa fréquence d'excitation, mais sur une plage « large » autour de celle-ci.
Le signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac est ensuite perçu par le microphone 13. Le microphone 13 désigne ici tout capteur acoustique susceptible d'être brouillé par le composant ultrasonore non-linéaire 12.
Le système 1 est alors configuré pour que, lorsque le microphone 13 capte un signal acoustique d'intérêt, par exemple une conversation, le microphone capte en outre le signal acoustique ultrasonore chaotique émis par le composant ultrasonore non-linéaire 12.
En conséquence, le microphone émet alors un signal brouillé S_e basse fréquence, soit ici autour de 5 kHz maximum, et large, dans lequel un signal correspondant au signal acoustique d'intérêt est caché, voire inidentifiable.
Le microphone non-linéaire, et le signal acoustique ultrasonore chaotique permettent ainsi de générer le signal brouillé S_e qui est basse fréquence et large.
Ce principe de fonctionnement ne nécessite pas une grande sensibilité aux hautes fréquences : une sensibilité faible, en-dehors de la bande passante du microphone, combiné à un signal acoustique S_v d'amplitude suffisamment importante, suffit à assurer la génération d'un signal dans la partie utile (audible) du microphone.
Ainsi, le signal brouillé S_e basse fréquence est un signal large, couvrant une partie importante du spectre audible, par exemple entre 500 Hz et 5 kHz.
Le signal brouillé S_e de sortie du microphone 13 contient alors le signal d'intérêt S_v et ce signal chaotique S_ac, qui est très difficile voire impossible à filtrer ou prédire, si bien que le signal d'intérêt S_v n'est pas accessible, ou trop difficilement, quels que soit les moyens mis en œuvre pour intercepter le signal S_e.
L'oreille humaine étant considérée comme plus linéaire qu'un microphone, les signaux acoustiques hautes fréquences générés par le composant ultrasonore non-linéaire 12 n'induisent pas de signaux audibles pour les humains.
Ici, le signal brouillé S_e basse fréquence et large est centré sur une fréquence d'au plus 5 kHz environ, par exemple d'environ 2,5 kHz.
Le composant ultrasonore non-linéaire 12 est de préférence disposé à un endroit stratégique dans une zone à privatiser, par exemple à proximité du microphone, par exemple à moins de 5 m (mètres) du microphone, voire à moins d'1 m, voire à moins de 50 cm, voire à moins de 10 cm.
Idem, le dispositif d'excitation électrique 11 est de préférence disposé à un endroit stratégique par rapport au composant ultrasonore non-linéaire 12, par exemple à proximité du composant ultrasonore non-linéaire, par exemple à moins de 5 m (mètres) du composant ultrasonore non-linéaire, voire à moins d'1 m, voire à moins de 50 cm, voire à moins de 10 cm.
Par exemple, le système comporte un émetteur acoustique 10, lequel comporte le dispositif d'excitation électrique 11 et le composant ultrasonore non-linéaire 12. L'émetteur acoustique 10 est ainsi configuré pour émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac.
Le système 1 peut par exemple comporter un appareil électronique, par exemple un smartphone, lequel comporte traditionnellement au moins un microphone intégré.
Le cas échéant, le microphone de l'appareil électronique comporte, voire constitue, le microphone du système 1.
Dans un exemple de réalisation intéressant, l'appareil électronique inclut le composant ultrasonore non-linéaire 12, voire également le dispositif d'excitation électrique 11. Selon une option non illustrée, le système 1 peut en outre comporter un détecteur de brouillage qui est configuré pour indiquer si un brouillage est actif. Par exemple, le détecteur de brouillage peut comporter au moins un microphone faiblement non-linéaire. Par exemple, le détecteur de brouillage peut comporter en outre un dispositif de contrôle de signal reçu qui est configuré pour écouter et/ou visualiser un signal reçu, mettant par exemple en évidence le brouillage mis en œuvre.
Grâce à un dispositif tel que décrit ci-dessus, il est possible de mettre en œuvre un procédé de brouillage acoustique d'un signal acoustique d'intérêt S_v , notamment de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz.
Par exemple, le procédé comporte des étapes comme suit :

Une étape S1 de génération et d'émission d'au moins un signal de commande électrique S_xe par un dispositif d'excitation électrique 11, le signal de commande électrique S_xe comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz ;
Une étape S2 de conversion du signal de commande électrique S_xe par un composant ultrasonore non-linéaire 12, en un signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac ;
Une étape S3 d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac par le composant ultrasonore non-linéaire 12 ;
Une étape S4 de captation, par un microphone 13, du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac conjointement avec le signal acoustique d'intérêt S_v ;
Une étape S5 de conversion, par le microphone, du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac et du signal acoustique d'intérêt S_v en un signal brouillé S_e basse fréquence et large ;
Une étape S6 d'émission, par le microphone, du signal brouillé S_e .

Un tel procédé présente des caractéristiques et avantages analogues à ceux du système pour des caractéristiques correspondantes.
Par exemple, l'étape S6 d'émission du signal brouillé S_e est configurée pour émettre le signal brouillé S_e centré sur une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 5 kHz.
Par exemple, l'étape S3 d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique avec un spectre de fréquences compris entre 20 kHz et 400 kHz.
Par exemple, l'étape S3 d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique S_ac est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique avec un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL, par exemple compris entre 60 dB SPL et 100 dB SPL.
Par exemple, l'étape S1 de génération et d'émission du signal de commande électrique est configurée pour générer au moins l'une des deux composantes, ou les deux, avec la fréquence f_i comprise entre 40 kHz et 80 kHz.
Dans le cadre de la présente invention, est donc proposé un système de brouillage, ainsi qu'un procédé de brouillage utilisant des composants ultrasonores non-linéaires déjà intégrés dans la plupart des appareils électroniques (smartphones, assistants vocaux, ...) pour générer un signal chaotique dans les ultrasons, idéalement proche des microphones qui pourraient enregistrer une conversation, afin de les rendre inutilisables. Le brouilleur acoustique utilise ainsi des ressources déjà existantes, avec une puissance modérée, au plus proche des dispositifs potentiellement malicieux.

Claims

Procédé de brouillage acoustique pour brouiller un signal acoustique d'intérêt (S_v ) de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz, le procédé comportant au moins :
• Une étape de génération et d'émission d'au moins un signal de commande électrique (S_xe ), le signal de commande électrique comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz ;

• Une étape de conversion du signal de commande électrique (S_xe ) en un signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) ;

• Une étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) ;

• Une étape de captation du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) conjointement avec le signal acoustique d'intérêt (S_v ) ;

• Une étape de conversion du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) et du signal acoustique d'intérêt (S_v ) en un signal brouillé (S_e ) basse fréquence et large ;

• Une étape d'émission du signal brouillé (S_e ) basse fréquence et large.
Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape d'émission du signal brouillé (S_e ) est configurée pour émettre le signal brouillé (S_e ) centré sur une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 5 kHz.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) avec un spectre de fréquences compris entre 20 kHz et 400 kHz.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'étape d'émission du signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) est configurée pour générer le signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) avec un niveau sonore d'au moins 60 dB SPL.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de génération et d'émission du signal de commande électrique est configurée pour générer au moins l'une des deux composantes avec une fréquence f_i comprise entre 40 kHz et 80 kHz.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le signal acoustique ultrasonore chaotique est large bande.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les deux composantes ont une fréquence (f ₁,f ₂) qui est prédéterminée, i.e. fixée.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins l'une des deux composantes du signal de commande électrique S_xe est périodique.
Système de brouillage acoustique configuré pour brouiller un signal acoustique d'intérêt (S_v ) de fréquence comprise entre 20 Hz et 20 kHz, le système comportant au moins :
• un dispositif d'excitation électrique (11), configuré pour générer au moins un signal de commande électrique (S_xe ), le signal de commande électrique comportant au moins une première composante ayant une fréquence f ₁ égale ou supérieure à 20 kHz, et une deuxième composante ayant une fréquence f ₂ égale ou supérieure à 20 kHz,

• un composant ultrasonore non-linéaire configuré pour capter le signal de commande électrique (S_xe ) généré par le dispositif d'excitation électrique, et émettre un signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) large qui est fonction du signal de commande électrique (S_xe ), et

• un microphone configuré pour capter le signal acoustique d'intérêt (S_v ) et le signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) large émis par le composant ultrasonore non-linéaire, et émettre un signal brouillé (S_e ) basse fréquence et large.
Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le composant ultrasonore non-linéaire comporte un composant acoustique en céramique (PZT), ou un transducteur ultrasonore micro-usiné (MUT), par exemple un MUT piézoélectrique (PMUT), ou un MUT capacitif (CMUT).
Système selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le composant ultrasonore non-linéaire est configuré pour émettre le signal acoustique ultrasonore chaotique (S_ac ) ayant au moins un spectre de fréquences compris entre 20 kHz et 400 kHz.
Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un détecteur de brouillage qui est configuré pour indiquer si un brouillage est actif.
Système selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil électronique, par exemple un smartphone, l'appareil électronique comportant un microphone, et en ce que le microphone de l'appareil électronique comporte le microphone du système.
Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'appareil électronique comporte le composant ultrasonore non-linéaire.
Système selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que l'appareil électronique comporte le dispositif d'excitation électrique.