FR2502370A1 - Dispositif de reduction du bruit dans un signal de parole mele de bruit - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIF DE REDUCTION DU BRUIT DANS UN SIGNAL DE PAROLE MELE DE BRUIT. POUR REDUIRE LE SIGNAL DE BRUIT D'ORIGINE ACOUSTIQUE PRESENT DANS UN SIGNAL D'ENTREE PROVENANT D'UN MICROPHONE PLACE DANS UNE AMBIANCE BRUYANTE, LE DISPOSITIF DE L'INVENTION COMPORTE UN FILTRE 6 RECEVANT LE SIGNAL D'ENTREE ET COUPANT UNE BANDE DE FREQUENCE DE QUELQUES CENTAINES DE HERTZ, CENTREE SUR LA FREQUENCE MOYENNE DU PREMIER FORMANT DU SIGNAL DE PAROLE, UN CIRCUIT DETECTEUR 7 DETECTANT LE SIGNAL DE SORTIE DU FILTRE 6 AVEC UNE CONSTANTE DE TEMPS DE L'ORDRE DE QUELQUES DIZIEMES DE SECONDE, ENFIN UN CIRCUIT A SEUIL VARIABLE 9 UTILISANT LE SIGNAL DETECTE COMME SIGNAL DE SEUIL ET AGENCE POUR TRANSMETTRE LES VARIATIONS DU SIGNAL D'ENTREE QUAND CE DERNIER EST EN VALEUR ABSOLUE SUPERIEUR AUDIT SIGNAL DE SEUIL. APPLICATION : COMMUNICATIONS TELEPHONIQUES, COMMUNICATIONS RADIOELECTRIQUES.
Description
25023 0o
DISPOSITIF DE REDUCTION DU BRUIT DANS UN SIGNAL DE PAROLE MELE DE BRUIT.
L'invention concerne un dispositif de réduction du bruit dans un signal d'entrée formé par un signal de parole mêlé de bruit. Un tel dispositif peut être utilisé pour améliorer le confort d'écoute dans la communication téléphonique entre deux interlo-
cuteurs placés dans une ambiance bruyante. Le microphone de chaque in-
terlocuteur fournit en effet un signal dû au bruit acoustique qui se mâ-
le au signal de parole pendant les silences intersyllabiques de la con-
versation et qui peut rendre l'écoute très difficile pour l'autre inter-
locuteur.
Le confort d'écoute est déjà amélioré dans les systèmes de communication utilisant la commande automatique d'alternat. Dans ces
systèmes, un dispositif de discrimination de parole commande des cir-
cuits de commutation de façon à n'établir la liaison entre le microphone d'un interlocuteur et l'écouteur de l'autre interlocuteur que lorsqu'un signal de parole est reconnu dans le signal du microphone. Un dispositif
de ce genre est décrit par exemple dans le brevet français n0 2 410 923.
Mais on doit remarquer que la commande automatique d'alternat qui évite qu'un interlocuteur n'entende, pendant les périodes de silence, le bruit acoustique capté par le microphone de l'autre interlocuteur, n'apporte aucune amélioration, pendant la conversation, pour l'interlocuteur qui
écoute l'autre interlocuteur en train de parler dans une ambiance bruyan-
te; cet interlocuteur entend toujours du bruit acoustique superposé à la parole de l'autre interlocuteur, en particulier pendant les silences
intersyllabiques.
25023 7 O0
La présente invention vise donc à améliorer le confort d'écoute, en réduisant le signal de bruit d'origine acoustique se mêlant à un signal de parole non seulement pendant les périodes de silence,
mais également pendant les périodes de parole.
Conformément à l'invention, ce dispositif de réduction
du bruit est caractérisé en ce qu'il comporte un filtre coupe-bande re-
cevant le signal d'entrée et coupant une bande de fréquence qui- est ap-
proximativement centrée sur la fréquence moyenne du premier formant du
signal de parole et qui couvre au moins une partie de la bande de fré-
quences de ce premier formant, un circuit détecteur détectant le signal de sortie du filtre coupe-bande avec une forte constante de temps de l'ordre de la constante de temps de variation du niveau moyen de bruit, enfin un circuit à seuil variable auquel est appliqué un signal de seuil formé à partir du signal détecté et qui est agencé pour transmettre les
variations du signal d'entrée quand ce dernier est en valeur absolue su-
périeur audit signal de seuil.
Avec le dispositif de l'invention, le signal fourni par le circuit détecteur, représente correctement le niveau moyen du bruit acoustique et le circuit à seuil variable ne transmet que les variations de signaux supérieures à ce niveau moyen de bruit et en particulier les
variations des signaux de parole, pendant les périodes de parole.
Pour pratiquement supprimer l'effet d'une certaine dis-
torsion d'amplitude que produit le circuit à seuil variable dans le si-
gnal de parole, il est avantageux que ce circuit à seuil soit suivi d'un
filtre passe-bas qui coupe les fréquences supérieures à la bande de fré-
quences normale des signaux de parole.
La description suivante en regard des dessins annexes,
le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'inven-
tion peut être réalisée.
La figure 1 représente le schéma du dispositif de l'in-
vention.
La figure 2 est un diagramme montrant la caractéristi-
que du circuit à seuil variable utilisé dans le dispositif de l'inven-
tion. I La figure 3 est un diagramme montrant la réponse du
circuit à seuil variable à un signal d'entrée sinusoïdal.
250237 0.
La figure 4 est un schéma d'un mode de réalisation du
circuit à seuil variable.
Sur la figure 1 est représenté un microphone 1 qui, si-
tué dans une ambiance bruyante, fournit un signal de bruit d'origine acoustique se mêlant au signal de parole d'un interlocuteur parlant de-
vant le microphone. Le filtre passe-bande 2, représente l'effet de fil-
trage exercé par le microphone lui-même et par un amplificateur qui peut être disposé derrière le microphone. Le filtre 2 fournit un signal E qui couvre par exemple une bande de fréquences de 50 à 4000 Hz et qui est le
signal d'entrée traité par le dispositif de réduction de bruit de l'in-
vention. Ce filtre 3 limite la bande du signal d'entrée E à une bande
normale pour des signaux de parole, c'est-à-dire par exemple 300-3000 Hz.
Dans le signal Ve fourni par le filtre 3 se trouve donc mêlé au signal de parole un signal de bruit acoustique capté par le microphone 1. Si l'on transmet directement le signal Ve à l'interlocuteur distant, ce
dernier peut être dans des conditions de perception difficile-de la paro-
le. Dans les systèmes de communication utilisant la commande automatique d'alternat cette situation est améliorée dans une certaine mesure. Comme le montre schématiquement la figure, on utilise alors un dispositif de discrimination de parole 4 élaborant à partir du signal Ve fourni par le
filtre 3 un signal logique de commande du circuit interrupteur 5. Ce cir-
cuit interrupteur 5 peut couper ou établir la transmission du signal Ve
vers l'interlocuteur distant. Le dispositif 4 détecte la présence de pa-
role dans le signal Ve et commande la fermeture de l'interrupteur 5 seu-
lement quand un signal de parole est présent. De cette manière, il est clair que lorsque l'interlocuteur local placé devant le microphone 1 ne parle pas, l'interlocuteur distant ne perçoit aucun bruit d'origine acoustique capté par le microphone 1 alors que dans la situation inverse cet interlocuteur distant perçoit le bruit se superposant à la parole,
ce qui peut être très gênant.
La présente invention vise dans tous les cas, c'est-à-
dire avec ou sans commande automatique d'alternat, à améliorer le confort d'écoute de l'interlocuteur distant, en réduisant le signal de bruit
d'origine acoustique dans le signal transmis.
Le dispositif de réduction de bruit de l'invention com-
porte un filtre coupe-bande 6 recevant le signal d'entrée E et coupant
une bande de fréquences approximativement centrée sur la fréquence moyen-
25023 70.
ne du premier formant du signal de parole et couvrant au moins une par-
tie de la bande de fréquences de ce premier formant. On sait que-les
formants du signal de parole sont des bandes de fréquence dans lesquel-
les l'énergie est concentrée; en particulier, la plus grande partie de l'énergie du signal de parole est concentrée dans le premier formant qui occupe approximativement la bande de fréquences 300-1000 Hz, cette
concentration étant maximale vers la fréquence moyenne de ce premier for-
mant. La bande coupée par le filtre 6 peut être par exemple la bande
550-750 Hz, centrée sur la fréquence moyenne 650 Hz du premier formant.
lu - Le signal fourni par le filtre 6 est appliqué à un cir-
cuit détecteur 7 formé deefaçon usuelle d'un circuit de redressement et d'un filtre passe-bas non représentés. Le filtre passe-bas est prévu de façon à procurer au circuit détecteur une forte constante de temps de l'ordre de grandeur de la constante de temps de variation du niveau moyen du bruit d'origine acoustique capté par le microphone 1. On sait que, du fait de différents échos, un bruit acoustique a généralement le
caractère d'un son continu, d'intensité lentement variable avec une cons-
tante de temps de l'ordre de quelques dizièmes de seconde. Un bruit
acoustique se distingue en cela de la parole qui a au contraire un carac-
tère discontinu, avec des variations d'intensité notables en quelques
millisecondes, à chaque syllabe. Comme dans le signal appliqué au détec-
teur 7, on a déjà enlevé, grâce au filtre coupe-bande 6, une grande par-
tie de l'énergie du signal de parole et comme le circuit détecteur 7 dé-
tecte son signal d'entrée avec une forte constante de temps de l'ordre par exemple de 0,2 à 0,5 S, le signal de parole n'est pratiquement pas pris en compte par le circuit détecteur 7 et ce dernier fournit un signal
détecté V lentement variable représentant le niveau moyen de bruit d'ori-
gine acoustique capté par le microphone 1 en dehors de la bande de fré-
quences coupée par le filtre coupe-bande 6. Comme ce bruit a une énergie à peu près uniformément répartie dans le domaine des fréquences et comme
la bande de fréquences eoupée est assez étroite, le signal détecté V re-
présente en fait assez correctement le niveau moyen du bruit acoustique total.
Le signal détecté V est appliqué à un circuit atténua-
teur réglable 8 pour fournir le signal de seuil Va qui est utilisé dans
le circuit à seuil variable 9. Ce circuit à seuil variable reçoit le si-
gnal Ve limité à la bande du signal de parole par le filtre 3. Le cir-
2502370.
cuit atténuateur 8 est réglé de façon à amener le signal détecté V à un niveau Va représentatif du niveau moyen de bruit dans la bande passante du filtre 3, afin de tenir compte à la fois de la différence de bandes des fréquences transmises par les filtres 6 et 3, de leurs coefficients de transmission qui peuvent être différents et de l'atténuation apportée
par le détecteur 7. Il est clair que dans certains cas le circuit atté-
nuateur 8 doit être remplacé par un amplificateur. Comme le fera apparal-
tre la description du fonctionnement du circuit à seuil réglable 9, un
moyen pratique de régler le circuit 8 est d'amener le signal de sortie
VU du circuit 9 à une valeur proche de zéro en l'absence de signal de pa-
role dans le signal Ve.
Le signal de sortie V du circuit 9 dépend du signal Ve
à son entrée et du signal de seuil Va selon la caractéristique représen-
tée par la courbe anguleuse sur la figure 2. Cette caractéristique montre
que le circuit à seuil variable 9 ne transmet pas les variations du si-
gnal Ve quand les valeurs de ce dernier sont comprises entre - Va et + Va; il transmet les variations du signal Ve quand les valeurs de ce dernier sont supérieures à + Va et inférieures à - Va. Dans le cas o le signal de seuil Va s'annule, c'est-à-dire en l'absence de signal de bruit,
la caractéristique devient la droite en pointillé passant par l'origine.
La courbe de la figure 3 montre par exemple le signal Vs que l'on obtien-
drait à la sortie du circuit à seuil 9, en lui appliquant un signal de
seuil Va non nul et un signal Ve sinusoïdal.
Ainsi, grâce au circuit à seuil variable 9 ayant la ca-
ractéristique de la figure 2, la partie du bruit d'origine acoustique qui est au-dessous du niveau moyen de bruit représenté par le signal de seuil Va est pratiquement éliminée du signal Ve, aussi bien pendant les périodes de silence que pendant les périodes de parole. Il est clair que l'on a intérêt à régler le signal de seuil Va par le circuit de réglage 8, de façon que le signal de bruit soit juste éliminé, ce qui s'obtient
de façon pratique en amenant le signal V pendant les périodes de silen-
ce, à une valeur proche de zéro. Les variations du signal de parole au-
dessous du niveau moyen de bruit sont également éliminées, mais comme un
interlocuteur parlant devant un microphone en ambiance bruyante a tendan-
ce à parler d'autant plus fort que le bruit ambiant est plus intense
afin de surmonter ce bruit, le circuit à seuil 9 transmettra générale-
ment des variations importantes de signaux de parole au-dessus du niveau
250237 O
moyen de bruit. Pour éliminer pratiquement l'effet de la distorsion que procure le circuit à seuil variable 9 sur les signaux de parole, il est avantageux de disposer à la sortie de ce circuit un filtre passe-bas 22
qui limite la bande du signal Vs à la fréquence maximale 3000 Hz des si-
gnaux de parole. Finalement, grâce à la réduction du signal de bruit
acoustique que procure le dispositif de l'invention on obtient-une amé-
lioration importante du confort d'écoute pour l'interlocuteur distant, tandis que la distorsion d'amplitude résiduelle du signal de parole qui
accompagne cette réduction de bruit, n'entralne pratiquement aucune per-
te d'intelligibilité, car l'essentiel de l'information vocale est conte-
nu dans le domaine fréquentiel.
On a indiqué ci-dessus à titre d'exemple que le filtre
coupe-bande 6 peut couper une bande de fréquence de 550 à 750 Hz. L'ex-
périence montre que cette bande relativement étroite convient lorsque le signal de bruit acoustique a un niveau important, alors que lorsque ce
niveau de bruit est plus faible, il est avantageux d'augmenter cette ban-
de de fréquence coupée par le filtre 6.
La figure 4 représente le schéma d'un mode de réalisa-
tion possible pour le circuit à seuil variable 9. Le signal Ve est appli-
qué entre la borne d'entrée 10 et la masse et le signal de sortie V8 du circuit est recueilli entre la borne de sortie Il et la masse. Entre la borne 10 et la borne 11 est connecté d'une part le montage en série du condensateur de liaison 12, de la diode 13 et du condensateur de liaison 14 et d'autre part le montage en série du condensateur de liaison 15, de la diode 16 et du condensateur de liaison 17. La diode 13 a son anode disposée du côté de la borne 10 et la diode 14 a son anode disposée du côté de la borne 11. Les anodes des diodes 13 et 16 sont connectées à la masse à travers respectivement les résistances 18 et 19. Les cathodes des diodes 13 et 16 reçoivent la tension de seuil positive + Va à travers respectivement les résistances 20 et 21. On néglige dans ce qui suit la chute de tension à travers les diodes 13 et 16. Il est aisé de voir que la diode 13 est bloquée quand la tension Ve est inférieure à + Va et que la diode 16 est bloquée quand la tension Ve est supérieure à - Va. On en déduit que lorsque la tension Ve est comprise entre - Va et + Va les deux diodes 13 et 16 sont bloquées et la tension Ve n'est pas transmise sur la borne de sortie 11. Lorsque la tension Ve est supérieure à + Va, la diode 16 est bloquée, la diode 13 est passante et la différence de
250237Q
tension Ve - Va est transmise sur la borne de sortie 11. Lorsque la ten-
sion Ve est inférieure à - Va, la diode 13 est bloquée, la diode 16 est
passante et la différence de tension Ve - (- V) est transmise sur la bor-
ne 11. Ce fonctionnement correspond à la caractéristique montrée sur la figure 2.
250237 O.
Claims (6)
1. Dispositif de réduction du bruit dans un signal d'en-
trée constitué par un signal de parole mêlé de bruit, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre coupe-bande (6) recevant le signal d'entrée et coupant une bande de fréquence qui est approximativement centrée sur la fréquence moyenne du premier formant du signal de parole-et qui couvre au moins une partie de la bande de fréquences de ce premier formant, un
circuit-détecteur (7) détectant le signal de sortie du filtre coupe-ban-
de (6) avec une forte constante de temps de l'ordre de la constante de temps de variation du niveau moyen de bruit, enfin un circuit à seuil
variable (9) auquel est appliqué un signal de seuil formé à partir du si-
gnal détecté et qui est agencé pour transmettre les variations du signal d'entrée quand ce dernier est en valeur absolue supérieur audit signal
de seuil.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de seuil est formé à la sortie d'un circuit (8) de réglage
de l'amplitude du signal détecté, ce circuit étant réglé de telle maniè-
re qu'en l'absence de signal de parole, le signal transmis par le circuit
à seuil variable soit proche de zéro.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal fourni par le circuit à seuil variable est appliqué,
avant d'être transmis, à un filtre passe-bas (22) qui coupe les fréquen-
ces supérieures à la bande de fréquences des signaux de parole.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, carac-
térisé en ce que la bande de fréquences coupée par le filtre coupe-bande
(6) est centrée vers 650 Hz et a une largeur de quelques centaines de Hz.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carac-
térisé en ce que la constante de temps du circuit détecteur (7) est de
l'ordre de quelques dizièmes de seconde.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, carac-
térisé en ce que le circuit à seuil variable est constitué par deux dio-
des (13),(16) montées en parallèle tête-bêche entre ses bornes d'entrée (10) et de sortie (11) par l'intermédiaire de condensateurs de liaison (12),(14),(15),(17), ces diodes étantpolarisées au moyen du signal de
seuil de façon qu'une diode soit bloquée quand le signal d'entrée est in-
férieur à la valeur Va du signal de seuil et que l'autre diode soit blo-
quée quand le signal d'entrée est supérieur à la valeur - Va du signal de
seuil affecté d'une polarité négative.
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