FR2913521A1 - Procede de reduction active d'une nuisance sonore. - Google Patents

Procede de reduction active d'une nuisance sonore. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un système de réduction active au niveau d'une zone déterminée de l'énergie d'un signal sonore (dk(n)), dit signal de bruit propagé, engendré au niveau de ladite zone par un signal primaire (xk(n)), dit signal de bruit:, par émission d'une pluralité de signaux de contre-bruit (yk(n)), d'un effet antagoniste au signal de bruit propagé (dk(n)), chacun de ces signaux de contre-bruit (yk(n)), étant composé d'un signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) et d'un signal de contre-bruit feedforward (yfwdk(n)). Le procédé selon l'invention comprend une détection des composantes périodiques du signal de bruit propagé (dk(n)) pour l'ajustement du signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)), et une modélisation de l'inverse du chemin secondaire pour l'ajustement des signaux de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) et feedforward (yfwdk(n)).L'invention peut être mise en oeuvre pour tout type de bruits industriels ou non, et dans tous les lieux aussi bien des lieux de travail que des lieux de détente.

Description

-1- Procédé de réduction active d'une nuisance sonore
La présente invention concerne un procédé de réduction de nuisances sonores par contrôle actif. Elle vise également un système mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. L'invention vise, en particulier, à réduire les nuisances sonores dans une zone déterminée par un procédé de réduction active. Les nuisances sonores peuvent être toutes sortes d'ondes acoustiques gênantes qui peuvent être considérées comme étant du bruit dans une zone déterminée.
Ces nuisances peuvent être de tous types et de fréquences pouvant aller de quelques hertz à quelques milliers de hertz. Elle peuvent être créées par un dispositif quelconque en fonctionnement. Dans le cas, par exemple, d'une enceinte fermée, les nuisances peuvent être générées par des dispositifs qui se situent à l'intérieur de cette enceinte. Elles peuvent également être causées par des sources extérieures à l'enceinte lorsque cette dernière est, par exemple, située à proximité de sites tels qu'un aéroport, une autoroute, une voie ferrée, etc. Les systèmes actuels de réduction active de nuisances sonores permettent d'atténuer ces nuisances par deux types de procédés. Le premier, appelé feedforward, nécessite une information préalable du signal de bruit qui est la cause de la nuisance sonore à réduire. La détection du signal de bruit s'effectue en amont de la zone de traitement par réduction active et fournit un signal de référence qui doit être fortement corrélé à la nuisance sonore à réduire. Dans ce cas, la connaissance antérieure du signal de bruit est exploitée afin de minimiser l'erreur de réduction de la nuisance sonore, cette erreur étant quantifiée par un signal, dit d'erreur, mesurée au niveau de la zone déterminée. Cependant l'information préalable d'une nuisance sonore n'est pas toujours disponible, d'où l'utilisation d'un second procédé de réduction de nuisances sonores, appelé feedback, ou contrôle en boucle fermée, dans lequel aucune détection préalable n'est effectuée. Le signal d'erreur de réduction est exploité pour fournir un signal de contrôle destiné à minimiser ce même signal d'erreur. Cependant, la plupart des systèmes actuels apportent des solutions limitées à la contrainte de causalité indispensable à la bonne réalisation de 2913521 -2- certaines applications de contrôle actif. Celle-ci impose de réaliser les opérations numériques intrinsèques au procédé de réduction active dans un temps très court. De ce fait, ces systèmes ont une efficacité limitée, en temps de réaction, dans l'espace et en fréquence. 5 Un objectif de l'invention est ainsi de proposer un procédé de réduction active de nuisances sonores permettant de mieux répondre à la contrainte citée ci-dessus, et donc de réaliser une meilleure réduction des nuisances sonores. L'invention propose de remédier au problème précité par un procédé 10 de réduction active au niveau d'une zone déterminée de l'énergie d'un signal sonore, dit signal de bruit propagé, engendré dans la zone déterminée par un signal primaire, dit signal de bruit. Le procédé comprend une émission, par des moyens d'émission, d'au moins un signal de contre-bruit comprenant au moins un premier signal de contre-bruit, dit feedback, d'un 15 effet antagoniste au signal de bruit propagé, ce procédé comprenant en outre au moins une itération des opérations suivantes : -mesure, par des moyens de mesure disposés au niveau de la zone déterminée, d'un signal, dit d'erreur, représentant une information d'efficacité de la réduction de l'énergie du signal de bruit propagé dans 20 la zone ; -modélisation, par au moins un premier filtre, d'un trajet acoustique direct, dit chemin secondaire, entre les moyens d'émission du signal de contre-bruit et les moyens de mesure du signal d'erreur ; détection d'au moins une composante périodique du signal de bruit 25 propagé ; et -ajustement du signal de contre-bruit feedback en fonction de la composante périodique détectée, du signal d'erreur et du chemin secondaire modélisé. Dans la présente demande, les sources du signal de contre-bruit sont 30 appelées les sources secondaires et les sources du signal de bruit les sources primaires. La mesure du signal d'erreur,. par un moyen de mesure constitué par exemple d'un microphone de contrôle, permet de rendre compte de la 2913521 -3- réduction de l'énergie du signal de bruit propagé et d'ajuster le signal de contre-bruit de manière à diminuer ce même signal d'erreur. La modélisation du chemin secondaire peut être réalisée par émission, par un moyen d'émission du signal de contre-bruit constitué par exemple 5 d'un haut-parleur, d'un signal connu, suivie d'une mesure de ce signal au niveau de la zone déterminée par un moyen de mesure. Ainsi, en connaissant le signal émis et le signal mesuré il est possible de caractériser le trajet acoustique entre le moyen d'émission du signal de contre-bruit et le moyen de mesure au niveau de la zone déterminée. 10 Ce trajet déterminé, une modélisation de l'inverse du chemin secondaire peut être réalisée numériquement de sorte à ne pas introduire de déphasage c'est-à-dire de retard supplémentaire dans la chaîne de contrôle, ce qui viendrait en opposition à l'objectif principal de l'invention. Une modélisation en amplitude uniquement est par conséquent menée. Ce filtre 15 inverse permet de limiter les résonances inhérentes au matériel électro-acoustique utilisé ainsi qu'à la topographie de la zone de traitement, résonances que l'on retrouve dans ledit chemin secondaire. La détection des composantes périodiques du signal de bruit propagé permet une meilleure connaissance de la composition spectrale dudit signal 20 et permet par conséquent de réaliser des opérations de filtrage passe-bande. Le signal de contre-bruit peut ainsi être ajusté de manière optimale pour assurer, dans une plus grande stabilité, la meilleure réduction de l'énergie du signal de bruit propagé et donc de la nuisance causée par le signal de bruit au niveau de la zone déterminée, notamment lors de 25 changements rapides des composantes périodiques. Le signal de bruit propagé peut être estimé à partir, d'une part du signal d'erreur, et d'autre part du signal de contre-bruit feedback traité par le premier filtre modélisant le chernin secondaire. En effet, en retranchant au signal d'erreur mesuré dans la zone déterminée, le signal de contre-bruit 30 feedback filtré par le premier filtre modélisant le chemin secondaire, c'est-à-dire le trajet acoustique entre la source secondaire et le moyen de mesure au niveau de la zone déterminée, il est possible de réaliser une estimation du signal de bruit propagé à réduire. 2913521 -4- La détection des composantes périodiques du signal de bruit propagé peut être réalisée par un filtrage du signal de bruit propagé estimé par des filtres passe-bande de type notch , pour coupure, réalisant un filtrage passe-bande à réponse impulsionnelle infinie (IIR) d'amplitude constante 5 partout sauf aux fréquences des composantes périodiques du signal de bruit propagé où les bandes passantes sont quasiment nulles. Ces filtres sont appelés des filtres notch adaptatifs (ANF : Adaptive Notch Filter ). En outre, le procédé selon l'invention comprend un filtrage passe-bande du signal de bruit propagé estimé, à la fréquence de tout ou partie 10 des composantes périodiques détectées, ledit filtrage fournissant un signal, dit de référence, essentiellement constitué des composantes périodiques du signal de bruit propagé. Ce signal de référence est ensuite utilisé dans l'ajustement du signal de contre-bruit feedback, tel que décrit ci-dessous. En effet, le procédé selon l'invention comprend un ajustement d'au 15 moins un coefficient d'un deuxième filtre, à réponse impulsionnelle finie, prévu pour ajuster le signal de contre-bruit feedback en fonction du signal de référence filtré par un troisième filtre à réponse impulsionnelle finie modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire. Le signal de référence filtré ainsi obtenu, composé essentiellement des composantes 20 périodiques du signal de bruit propagé estimé, sert donc de base pour l'ajustement des coefficients du deuxième filtre, dont la fonction est justement d'éliminer les composantes périodiques du signal de bruit propagé. L'opération de filtrage, par le troisième filtre modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire, permet elle de faciliter 25 l'ajustement des coefficients du second filtre. En effet, la combinaison, d'une part du premier filtre modélisant le chemin secondaire et, d'autre part du troisième filtre modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire, a pour résultat, en sortie, une réponse plate en amplitude, égale à 1. Ceci facilite le travail du deuxième 30 filtre qui consiste à trouver les amplitudes et phases optimales du signal de contre-bruit feedback qui minimisent l'énergie du signal d'erreur et donc l'énergie du signal de bruit propagé. En effet, assurer cette amplitude unité permet de débarrasser le deuxième filtre du travail de recherche d'amplitude 2913521 -5- optimale et de se concentrer seulement sur la recherche de la phase optimale. Avantageusement, au moins un coefficient du deuxième filtre peut être ajusté par un algorithme du type algorithme de minimisation selon le 5 critère des moindres carrés (LMS : Least Mean Square ) en fonction du signal de référence traité par le premier filtre, du signal d'erreur ayant subi un filtrage passe-bande à la fréquence de tout ou partie des composantes périodiques détectées et d'un coefficient de convergence, dit feedback, intervenant dans l'algorithme LMS. En réalisant un tel filtrage passe-bande 10 sur le signal d'erreur, on peut ainsi isoler les composantes périodiques du signal de bruit propagé qui sont présentes dans le signal d'erreur afin que le deuxième filtre ne se concentre que sur celles-ci. Avantageusement, le signal de contre-bruit comprend en outre un signal de contre-bruit, dit feedforward, ajusté en fonction du signal d'erreur 15 et du signal de bruit mesuré par des moyens de mesure comprenant par exemple un microphone. Le signal de contre-bruit feedforward est destiné à réduire l'énergie des composantes non périodiques du signal de bruit. Ainsi, le procédé selon l'invention permet de mettre en oeuvre de manière combinée un signal de contre-bruit feedback et un signal de contre-bruit 20 feedforward destinés respectivement à diminuer l'énergie des composantes périodiques et des composantes non périodiques du signal de bruit. Par ailleurs, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre : - une modélisation en amplitude de l'inverse du chemin secondaire par au rnoins un quatrième filtre à réponse 25 impulsionnelle finie et une modélisation par au moins un sixième filtre à réponse impulsionnelle finie du chemin secondaire toujours dans la perspective de faciliter le travail d'ajustement des coefficients d'un cinquième filtre défini ci-après. Le quatrième filtre peut être 30 identique au troisième filtre et le sixième filtre identique au premier filtre. Dans un exemple de réalisation non limitatif, le quatrième filtre peut être le troisième filtre et le sixième filtre peut être le premier filtre. L'ajustement du signal de contre-bruit feedforward comprend un ajustement d'au moins un coefficient d'un cinquième filtre, à réponse 2913521 -6- impulsionnelle finie, prévu pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedforward en fonction du signal de bruit préalablement traité par le quatrième filtre. En outre, au moins un coefficient du cinquième filtre est ajusté par un 5 algorithme du type algorithme de rninimisation selon le critère des moindres carrés en fonction du signal d'erreur, du signal de bruit mesuré et traité au préalable par le sixième filtre modélisant le chemin secondaire et d'un coefficient de convergence, dit feedforward, intervenant dans l'algorithme en question. 10 Comme précédemment, la combinaison, d'une part du quatrième filtre modélisant le chemin secondaire et, d'autre part du sixième filtre modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire a pour résultat, en sortie, une réponse plate en amplitude, égale à 1. Avantageusement, le procédé selon l'invention peut être mis en 15 oeuvre pour l'atténuation d'au moins un signal de bruit par émission d'une pluralité de signaux de contre-bruit par une pluralité de moyens d'émission. Chacun des signaux de contrebruit peut comprendre : - un signal de contre-bruit feedback, un signal de contre-bruit feedforward, ou 20 - un signal de contre-bruit feedback et un signal de contre-bruit feedforward. Par l'émission d'une pluralité de signaux de contre-bruit, et par la rnise en oeuvre d'une pluralité de points de mesure de signaux d'erreur, par exemple par des microphones de contrôle, le procédé selon l'invention 25 permet, d'une part d'augmenter la taille de la zone déterminée dans laquelle on recherche à réaliser une réduction de l'énergie d'au moins un signal de bruit propagé, et d'autre part de réaliser cette réduction jusqu'à des fréquences plus élevées. Ainsi, en augmentant le nombre de couples moyen d'émission de signal de contre-bruit/moyen de mesure de signal d'erreur, 30 autrement dit signal de contre-bruit/signal d'erreur, on peut traiter les nuisances sonores sur une distance plus grande et dans une bande de fréquence plus large. Par exemple, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour réaliser une bulle de confort acoustique . L'étendue spatiale d'une telle 2913521 -7- bulle de confort acoustique en espace libre étant assez confinée à mesure que la fréquence augmente, il faut envisager plusieurs sources d'émission de plusieurs signaux de contre-bruit et plusieurs microphones de contrôle de réduction de l'énergie du signal de bruit propagé. Pour exemple, sachant 5 que l'espace inter-oreilles est d'environ 20 centimètres, et que l'on prend une marge identique afin de laisser toute liberté à un utilisateur pour bouger raisonnablement la tête, on se retrouve avec une bulle de confort acoustique à réaliser de 40 centimètres de diamètre, soit un traitement efficace jusqu'à 200 Hz maximum en ne considérant qu'un seul couple moyen d'émission du 10 signal de contre-bruit/moyen de rnesure du signal d'erreur. En multipliant les points de réduction des nuisances, c'est-à-dire, le nombre de microphones de contrôle, il est possible d'augmenter la fréquence maximale des signaux de bruit dont on veut diminuer l'énergie. Ainsi, avec 3 points de réduction de nuisances sonores sur cette distance, on peut traiter des 15 signaux de bruit jusqu'à 700Hz environ dans une bulle de confort de 40 cm de diamètre. En multipliant le nombre de signaux de contre-bruit et le nombre de points de réduction et en les disposant adéquatement, on peut aussi augmenter la taille de la bulle de confort. Par point de réduction, ou de minimisation, on entend l'emplacement 20 d'un microphone de contrôle prévu pour mesurer un signal d'erreur. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé système de réduction active, au niveau d'une zone déterminée, de l'énergie d'un signal sonore, dit signal de bruit propagé, engendré dans la zone déterminée par un signal primaire, dit signal de bruit, par émission d'au moins un signal de 25 contre-bruit comprenant au moins un premier signal de contre-bruit, dit feedback, d'un effet antagoniste au signal de bruit propagé au niveau de la zone déterminé, le système comprenant : - des moyens pour émettre le signal de contre-bruit ; - des moyens de mesure, au niveau de la zone déterminée, d'un 30 signal, dit d'erreur, représentant une information d'efficacité de la réduction de l'énergie du signal de bruit propagé ; - au moins un premier filtre pour modéliser un trajet acoustique direct, dit chemin secondaire, entre les moyens d'émission du signal de contre-bruit et les moyens de mesure du signal d'erreur. 2913521 -8- - des moyens pour détecter au moins une composante périodique du signal de bruit propagé ; et - des moyens pour ajuster le signal de contre-bruit feedback en fonction de la composante périodique détectée, du signal d'erreur 5 et du chemin secondaire modélisé. Avantageusement les moyens d'émission du signal de contre-bruit peuvent comprendre des transducteurs ultrason directifs ayant un faisceau d'émission réduit. En effet, une des limitations des systèmes actuels de réduction active d'une nuisance sonore réside dans le fait que si le contre- 10 bruit contribue à réduire le signal de bruit dans une zone ou un volume ciblé, il peut tout à fait les augmenter ailleurs. En d'autres termes, diminuer les perturbations dans un espace ne signifie pas les diminuer dans tout l'espace. De plus, des moyens d'émission d'un signal de contre-bruit tels que des haut-parleurs sont plus directifs en basses fréquences qu'en hautes 15 fréquences. A moins de pouvoir disposer des haut-parleurs plus gros que la plus grande des longueurs d'onde inhérentes au spectre du signal de bruit à traiter, on ne pourra s'affranchir de cette limitation, sauf si on utilise des transducteurs ultrason. Les ultrasons, complètement inaudibles à l'émission, se distordent à mesure de leur propagation dans l'air et glissent dans le 20 spectre audible. L'avantage des transducteurs ultrason réside dans le fait qu'ils ont un faisceau d'émission très réduit et le volume dans lequel les ultrasons deviennent audibles est tout à fait prédictible. Un autre avantage à l'utilisation de tels transducteurs réside dans le fait que leur directivité simplifie le système multivoies. En effet, la transposition au cas multivoies 25 du système monovoie implique de considérer une multitude de chemins secondaires : les chemins secondaires directs entre chaque transducteur et leur microphone de contrôle associé, mais également les chemins secondaires dits croisés qui représentent les interactions entre tous les transducteurs et les microphones. D'autre part, les contributions de chaque 30 source secondaire sur les moyens de mesure du signal de bruit, appelées contributions arrières, doivent de la même manière être considérées. Ceci exige de disposer d'une électronique à forte capacité de calcul et de mémoire. Dans le souci de minimisation des coûts souvent importants des opérations temps réel inhérentes au calcul des signaux de contre-bruit, la 2913521 -9- directivité des transducteurs ultrason présente un grand avantage pour concevoir non plus un système multivoies complexe mais une parallélisation de multiples systèmes monovoies bien moins complexes. En effet, dans ce cas, les chemins croisés et les contributions arrières deviennent négligeables 5 du fait de la directivité des transducteurs ultrason et la non prise en compte des entités dans la structure parallélisée ne perturbe pas la stabilité du système. Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens pour mesurer le signal de bruit. Ces moyens peuvent comprendre au moins 10 un microphone, dit de bruit, adéquatement placé en fonction de la source de bruit. Le système selon l'invention peut en outre comprendre des moyens pour estimer le signal de bruit propagé au niveau de la zone déterminée. L'estimation du signal de bruit propagé, tel qu'il se présente au niveau de la 15 zone déterminée, peut être réalisée en fonction du signal d'erreur et du signal de contre-bruit. Par ailleurs, le système selon l'invention peut comprendre des moyens de filtrage passe-bande du signal de bruit propagé estimé à la fréquence de tout ou partie des composantes périodiques du signal de bruit propagé, et 20 agencés pour générer un signal de référence, tel que décrit plus haut. Les moyens pour ajuster le signal de contre-bruit feedback peuvent avantageusement comprendre au moins un deuxième filtre, à réponse impulsionnelle finie, prévu pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedback en fonction du signal de référence filtré par un troisième filtre, à réponse 25 impulsionnelle finie, agencé pour modéliser en amplitude l'inverse du chemin secondaire. Avantageusement, le signal de contre-bruit peut comprendre un deuxième signal de contre bruit, dit feedforward, le système selon l'invention comprenant en outre des moyens pour émettre le signal de 30 contre-bruit feedforward ajusté en fonction du signal d'erreur et du signal de bruit. Le système peut comprendre un quatrième filtre, à réponse impulsionnelle finie, modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire, un cinquième filtre, prévu pour ajuster le signal de contre-bruit 2913521 - 10 - feedforward, en fonction du signal de bruit mesuré traité par le quatrième filtre et un sixième filtre, à réponse impulsionnelle finie, agencé pour modéliser le chemin secondaire. Le système selon l'invention peut avantageusement, comprendre une 5 pluralité de moyens d'émission d'une pluralité de signaux de contre-bruit, mis en oeuvre pour l'atténuation d'au moins un signal de bruit. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : 10 - la figure 1 est une représentation schématique d'une configuration de réduction active d'un signal sonore grâce à un système monovoie selon l'invention - la figure 2 est une représentation schématique d'une configuration de réduction active d'un signal sonore grâce à un système multivoies 15 selon l'invention - la figure 3 est une représentation schématique sous forme de blocs fonctionnels des opérations réalisées au niveau d'une voie d'un système multivoies selon l'invention ; - la figure 4 est une représentation schématique sous forme de blocs 20 fonctionnels d'un module de détection et de filtrage de composantes périodiques d'un signal de bruit propagé au niveau d'une voie d'un système multivoies selon l'invention ; - la figure 5 est une représentation schématique d'une carte électronique multivoies mise en oeuvre dans le système multivoies 25 selon l'invention - la figure 6 est une représentation d'un faisceau d'émission d'un transducteur ultrason utilisé dans le système selon l'invention ; et - la figure 7 est une représentation schématique d'une bulle de confort réalisée avec un système multivoies selon l'invention, dans un 30 environnement de travail.
La figure 1 est une représentation schématique d'une configuration 10 de réduction active de nuisances sonores grâce à un système monovoie 11 selon l'invention. Ce système 11 comprend un microphone de bruit 2913521 - 11 -permettant de mesurer un signal de bruit x et un transducteur émettant un signal de contre-bruit y ajusté pour minimiser les nuisances sonores causées par le signal de bruit x au niveau d'une zone de confort acoustique 12 où est disposé un microphone de contrôle permettant de mesurer un signal 5 d'erreur e. Dans la suite de la description, nous appellerons la zone de confort acoustique 12 ainsi créée bulle de confort acoustique . Or, l'étendue spatiale d'une telle bulle de confort acoustique 12 en espace libre étant assez confinée à mesure que la fréquence augmente, il faut envisager plusieurs couples de transducteur/microphone de contrôle. 10 Pour exemple, sachant que l'espace inter-oreilles est d'environ 20 centimètres, et que l'on prend une marge identique afin de laisser toute liberté à un utilisateur de bouger raisonnablement la tête, on se retrouve avec une bulle de confort acoustique à réaliser de 40 centimètres de diamètre, soit un traitement efficace jusqu'à 200 Hz maximum en ne 15 considérant qu'un seul couple transducteur/microphone de contrôle. En multipliant le nombre de couples transducteur/microphone de contrôle, il est possible d'augmenter la fréquence maximale de traitement. Ainsi, avec 3 points de réduction de nuisances sonores sur cette distance, on peut traiter des perturbations jusqu'à 700Hz environ dans une bulle de confort de 40 cm 20 de diamètre. En multipliant le nombre de signaux de contre-bruit et le nombre de points de réduction et en les disposant adéquatement, on peut aussi augmenter la taille de la bulle de confort. Ainsi, la figure 2 représente une configuration 20 de réduction active de nuisances sonores grâce à un système multivoies 21 selon l'invention. Ce 25 système multivoies 21 comprend : - K microphones de bruit permettant de mesurer K signaux de bruits Xk, - K microphones de contrôle mesurant K signaux d'erreur ek, et K transducteurs émettant K signaux de contre-bruit yk et 30 produisant une bulle de confort acoustique 22 plus grande que la bulle de confort 12, avec k compris entre 1 et K. Bien entendu, le nombre de microphones de contrôle, le nombre de microphones de bruit et le nombre de transducteurs peuvent ne pas être égaux. Cependant, pour une description plus claire des 2913521 - 12 - différentes opérations effectuées au niveau de chaque voie du système multivoies 21, nous admettrons ici que le système multivoies 21 comprend le même nombre de microphones de contrôle et de transducteurs et un microphone de bruit. 5 La figure 3 est une représentation en schéma blocs d'une voie k dans la configuration multivoies 20 mettant en oeuvre le système multivoies 21 selon l'invention permettant de réaliser la bulle de confort 22. Sur la figure 3, on désigne par n le temps discrétisé, c'est-à-dire le temps d'échantillonnage, par Skk le chemin secondaire entre la source secondaire k 10 et le microphone de contrôle k, c'est-à-dire, le trajet acoustique direct entre la source secondaire k, et le microphone k. Le microphone de contrôle k permet de mesurer le signal d'erreur ek au niveau de la bulle de confort. Nous allons maintenant décrire le fonctionnement du système 21 au niveau d'une voie k. 15 Le système 21 comprend deux parties, à savoir une partie 211, dite feedforward et une partie 212, dite feedback. La partie feedback 212 comprend un filtre Wbkk(z), à réponse impulsionnelle finie, permettant de générer et d'ajuster un signal contre-bruit feedback yfbkk(n). Cette partie feedback 212 comprend également deux filtres FIR Skk(z) modélisant 20 numériquement le chemin secondaire Skk. Un module 213, composé d'un filtre Skk(z) et d'un additionneur F, permet de réaliser une estimation du signal de bruit propagé dk(n) au niveau de la bulle de confort, à partir du signal d'erreur ek(n) mesuré par le microphone de contrôle k et du signal de contre-bruit feedback yfbkk(n) filtré par un filtre Skk(z). Ce module 213 25 fournit en sortie un signal de bruit propagé estimé dek(n). Un module 214 de détection et de filtrage permet de réaliser une détection des composantes périodiques du signal de bruit propagé dk(n) à partir de l'analyse du signal de bruit propagé estimé dek(n) et fournit en sortie un signal de référence dk(n) composé des composantes périodiques détectées du signal de bruit 30 propagé estimé dek(n). Ce module 214 comprend un bloc de détection ANF-C des fréquences périodiques dans le signal de bruit propagé estimé dek(n) et un bloc de filtrage passe-bande ALEP (ALE pour Adaptive Line Enhancer) du signal de bruit propagé estimé dek(n) aux fréquences des composantes périodiques détectées par le bloc de détection ANFc. Ce module 214 sera 2913521 - 13 - détaillé dans la suite de la description. Le signal de référence d'k(n) est ensuite utilisé par un filtre FIR 1/Sk:k(z) modélisant en amplitude l'inverse du chemin secondaire modélisé Skk puis par un filtre Wfbkk(z) pour ajuster le signal de contre-bruit feedback yfbkk(n). 5 Les coefficients du filtre Wfbkk(z) sont ajustés par un algorithme de minimisation selon le critère des moindres carrés, représenté par le bloc LMS, en fonction du signal de référence d'k(n) traité au préalable par un filtre Skk(z), et du signal d'erreur ek(n) ayant subi un filtrage passe-bande par un bloc ALEP aux fréquences des composantes périodiques détectées 10 dans le signal de bruit propagé estimé dek(n). La partie feedforward
211 du système 21 comprend un filtre FIR Wwdk(z) permettant de générer et d'ajuster un signal contre-bruit feedback yfwdk(n) en fonction du signal de bruit x(n) mesuré par des moyens de mesure et préalablement filtré par un filtre FIR 1/Skk(z) modélisant en
15 amplitude l'inverse du chemin secondaire modélisé Skk. Les coefficients du filtre Wf'dk(z) sont ajustés par un algorithme LMS, représenté par le bloc LMS, en fonction, d'une part du signal d'erreur ek(n), et d'autre part du signal de bruit mesuré et préalablement traité par un filtre Skk(z). Les signaux de contre-bruit feedforward yfwdk(n) et feedback yfbkk(n)
20 sont ensuite additionnés par un additionneur E pour obtenir un signal de contre-bruit yk(n) qui est émis vers la bulle de confort par des moyens d'émission, qui sont dans notre exemple des transducteurs ultrason. Ainsi, au niveau de la bulle de confort, le signal d'erreur ek(n) pour la voie k mesuré par un microphone de contrôle non représenté correspond à
25 la somme, d'une part du signal de bruit propagé dk(n), et d'autre part des signaux de contre-bruit correspondant à chacune des voies du système 21 et ayant parcourus les chemins secondaires S,k(z) entre les sources secondaires associées à chacune des voies et le microphone de contrôle k, K c'est-à-dire ISlk(z)yl(z). Ainsi, on peut écrire : 1=1 K 30 ek(n) = ESlk(z)yl(z) + dk(n). l=1 2913521 - 14 - A noter que dans le cas où seraient utilisés les transducteurs ultrason en guise de sources secondaires, le signal d'erreur ek(n) pour la voie k mesuré par un microphone de contrôle non représenté correspond cette fois-ci à la somme, d'une part du signal de bruit propagé dk(n), et d'autre 5 part du signal de contre-bruit yk(n) correspondant la voie k et ayant parcouru le chemin secondaire Skk(z), c'est-à-dire le trajet acoustique entre le transducteur k et le microphone de contrôle k. Dans ce cas, ek(n) = Yk(n)Skk(n) + dk(n). La figure 4 est une représentation en schéma bloc du module 214 de 10 détection et de filtrage des composantes périodiques du signal de bruit propagé estimé dek(n). La méthode d'estimation fréquentielle utilisée dans le présent exemple fait intervenir un filtrage passe-bande à réponse impulsionnelle infinie d'amplitude constante partout ailleurs qu'aux fréquences des composantes du signal de bruit, où la bande passante est 15 quasiment nulle. Ces filtres sont appelés les filtres notch et notés ANF (Adaptive Notch Filter). Il existe deux types de filtres notch, correspondant à deux approches différentes, à savoir l'approche directe ou en treillis. Ils se présentent tous deux sous la forme rationnelle H;(z,9)=N;(z,B)/D;(z,O). Pour un signal d'entrée, on cherche le meilleur jeu de coefficients 0 qui 20 minimisent l'erreur quadratique définie comme le filtrage de ce signal d'entrée par le filtre H;(z,O). La formulation en treillis se présente sous la forme suivante : H (z) _ 1+p 1+a,z-' +z-2 2 1+1 2paz-'+pz z avec le paramètre a; relié directement à la fréquence recherchée par la 25 relation a, = -2cos(2if) et p un réel strictement positif proche de 1 appelé facteur de contraction et rendant compte de la bande passante autour de la fréquence coupée. Dans un souci d'optimisation des opérations arithmétiques, et pour limiter l'impact perturbateur du module de détection et de filtrage 214 sur le 30 système 21, une décomposition en cascade, représenté en figure 4, de ce module 214 est choisie afin de déterminer les fréquences composant un 2913521 -signal donné. Aussi, pour p composantes périodiques, on dispose de p filtres H;(z) en série. Remarquons que, la décomposition en cascade du bloc 214 est signalée par un C, pour cascade, dans ANFc (voir figure 3). 5 En posant la relation suivante : 1 e,(n)=ùs;_,(n) D, on peut déterminer chaque paramètre a, grâce à une réécriture astucieuse de l'algorithme de minimisation selon le critère des moindres carrés récursifs (algorithme RLS : Recursive Least Squares). Pour ce faire, on fait appel à la
10 fonction d'auto-corrélation définie récursivement par : cl), (n) = 2(1),(nû1)+12(nû1) et, en (( posant 0(n)=(n)...ap(n)JT , r(n)=[~,(n)... I (n)} ,E(n)=k(nû1)...'i'p(n-1)p et E(n) _ k(n)...sp(n)t , avec T signifiant transposé, on utilise la relation de 15 récurrence suivante : (n) = O(n -1) + I'-' (n)E(n)E(n) . Enfin, 2 et p sont adaptés exponentiellement grâce à la récursion suivante : 2(n) = 2o2(n -1) + (1û ao )2 P(n) = po P(n -1) + (1û po )P~ 20 ce qui permet de commencer avec une largeur de bande élevée, de sorte à permettre à chaque section 2141 de détecter une composante périodique, puis de la resserrer afin de pouvoir préciser cette détection. C'est aussi un moyen de limiter les conflits entre sections, sachant que ceux-ci peuvent quand même se produire.
25 Pour des questions de stabilité et de rapidité de convergence, le signal de référence d k(n) et le signal d'erreur ek(n) sont filtrés par des filtres passe-bande centrés autour des fréquences présentes dans le signal de bruit propagé estimé dek(n). Le complérnentaire d'un filtre notch, sous quelque 2913521 - 16 - formulation soit-il, est un filtre passe-bande, noté NALE(Z 1), dans lequel intervient la fréquence centrale de filtrage. Ainsi, tel que représenté sur la figure 4, le module de détection et de filtrage 112 est composé d'autant de sections 2141 en cascade que de 5 composantes périodiques à détecter. Chaque section i se présente sous la forme d'un filtre H,(z-1) comprenant : - un ensemble 2142, composé de deux blocs notés 1/D;(pz 1) et N,A"F(z-1). Cet ensemble 2142 est prévu pour réaliser la détection d'une composante périodique a; du signal de bruit propagé estimé 10 dek(n) ; et - un filtre 2143, noté N,A`E(z1), et prévu pour filtrer le signal de bruit propagé estimé dek(n) à la fréquence de la composante périodique a, détecté par l'ensemble 2142. Ce filtre 2143 fournit en sortie un signal d k;(n) composé seulement de la composante 15 périodique a; du signal de bruit propagé estimé dek(n). Le signal de référence d'k(n) est obtenu par addition de tous les signaux d k,(n) fournis par les filtres N,A`E(z-1) des sections 2141. Remarquons que cette opération d'addition est signalée par un P, comme parallèle, dans ALEP (voir figure 3) 20 Les opérations d'analyse du signal de bruit, de génération et d'ajustement des signaux de contre-bruit yk(n) pour toutes les voies k du système de réduction des nuisances sonores multivoies 21 selon l'invention peuvent être intégrées sur une seule carte électronique. La figure 5 représente schématiquement un exemple de carte 25 électronique 30 pour un système multivoies de réduction de nuisances sonores présentant 6 voies 300-305 en entrée, et 4 voies 306-309 en sortie. En entrée de cette carte 30 : - les voies 300-303 correspondant à quatre signaux d'erreur, respectivement e1(n)-e4(n), mesurés par quatre microphones de 30 contrôle, respectivement 310-313, disposés dans de la bulle de confort 22 ; 2913521 - 17 - - la voie 304 correspond au signal de bruit x(n) mesuré par un microphone de bruit ; et - la voie 305 correspond à un signal provenant d'un potentiomètre 315 permettant d'ajuster les coefficients de 5 convergence feedback et feedforward intervenant dans les algorithmes LMS utilisés. En sortie de cette carte 30 : - les voies 306-309 correspondent à quatre signaux de contre-bruit, respectivement yl(n)-y4(n), destinés à être émis par quatre 10 transducteurs, respectivement 316-319, adéquatement disposés. Pour chacune des voies 300-304, la carte comporte : - un étage 320 de pré-amplification, réalisant une pré-amplification des signaux de chacune des voies 300 - 304, à l'aide de pré-amplificateurs 3200-3204 ; 15 - un étage de gain 330, disposé en sortie de l'étage 320, et appliquant un gain aux signaux de chacune des voies 300 - 304 à l'aide d'amplificateurs 3300-3304 de gain réglable ; - un étage 340 de filtrage anti-repliement en sortie de l'étage de gain 330, et réalisant un filtrage anti-repliement des signaux de 20 chacune des voies 300-304, à l'aide de filtres anti-repliement 3400-3404. La fréquence d'échantillonnage au niveau des filtres 3400-3404 est réglable à l'aide d'un module 3405 ; - en sortie de l'étage 340, un multiplexeur 31 réalisant un multiplexage des signaux des voies 300 - 304 ; et 25 - en sortie du multiplexeur 31, un convertisseur analogique-numérique 32, réalisant une conversion analogique numérique du signal multiplexé. Le signal numérique multiplexé, obtenu en sortie du convertisseur 32, entre ensuite dans un processeur 33 de type DSP qui permet de réaliser 30 pour chaque voie les opérations que nous avons décrites ci-dessus et représentées schématiquement en figures 3 et 4. Le processeur 33 utilisé dans l'exemple présent est un processeur Analog Devices de la gamme SHARC en finition industrielle donc résistant aux températures extrêmes. 2913521 - 18 - L'implémentation du code est assurée via l'interface développée par Analog Devices soit le logiciel VisuaIDSP++, logiciel qui possède un compilateur C de haut niveau. Il est possible de travailler soit en virgule flottante soit en virgule fixe. La fréquence d'échantillonnage au niveau du processeur est 5 paramétrable, à l'aide d'un module 331, pour répondre à tous les cas de réduction active de l'énergie d'un signal sonore. Le DSP 33 a été dimensionné pour accueillir des opérations inhérentes aux algorithmes LMS utilisés. Le DSP peut accueillir des algorithmes plus complexes que ceux utilisés car une mémoire externe 34 est présente sur la 10 carte 30, afin de subvenir aux éventuels surcoût en mémoire et calcul. Dans le cas d'un système multi-cartes, une liaison peut être effectuée entre les différentes cartes à l'aide des lignes de connexion 35. Cette éventualité a été pensée afin de pouvoir étendre à l'infini les applications de réduction active des nuisances sonores et de ne pas avoir de limitations 15 dues au processeur 33. En sortie du processeur 33, le signal numérique est composé des signaux de contre-bruit yl(n)-y4(n). Ce signal numérique est converti à l'aide d'un convertisseur numérique-analogique 36. Puis le signal analogique obtenu entre dans un démultiplexeur 37 et subi un démultiplexage. Après le 20 démultiplexage les différents signaux de contre-bruit yi(n)-y4(n) sont séparés et se trouvent sur les voies de sortie 306-309. Avant d'être émis par les transducteurs 316-319, les signaux de contre-bruit subissent : - un lissage par un étage de lissage 350 comprenant des filtres passe-bas 3500-3503. La fréquence d'échantillonnage au niveau 25 des filtres 3500-3503 est réglable à l'aide du module 3405 ; - une diminution en gain par un étage de gain 360 comprenant des amplificateurs 3600-3603 de gain réglable ; et - une amplification en puissance par un étage d'amplification de puissance 370 comprenant des amplificateurs de puissance. Cet 30 étage d'amplification de puissance 370 peut ne pas se trouver sur la carte 30 telle que représentée en figure 5. 2913521 - 19 - Le signal de réglage des coefficients de convergence feedback et feedforward provenant du potentiomètre 315 sur la voie 305 subi une amplification grâce à un amplificateur 3051 puis une conversion analogique-numérique grâce à un convertisseur analogique numérique 3052 avant 5 d'entrer dans le processeur 33. Ce coefficient de convergence est un facteur de pondération, strictement positif et inférieur à 1, appliqué au niveau de la réactualisation dans l'algorithme LMS des coefficients des divers filtres précédemment cités. Les transducteurs 316-319 utilisés dans le présent exemple sont des 10 transducteurs ultrason. Ces transducteurs ultrason 316-319 ont un faisceau d'émission 61, représenté en figure 6, très réduit. De plus, les ultrasons, complètement inaudibles à l'émission, se distordent à mesure de leur propagation dans l'air et glissent dans le spectre audible et le volume dans lequel ils deviennent audibles est tout à fait prédictible.
15 La figure 7 représente schématiquement une bulle de confort 22 obtenue à l'aide des 4 transducteurs ultrason 316-319 adéquatement placés sur une table de bureau 71. La bulle de confort 22 obtenue est située sensiblement à un niveau correspondant au niveau de la tête d'un utilisateur sur la table de bureau 71.
20 Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple d'application que nous venons de décrire et peut être appliquée à la réduction de l'énergie de n'importe quel signal sonore dans une zone déterminée.

Claims (17)

REVENDICATIONS
1) Procédé de réduction active au niveau d'une zone déterminée (22) de l'énergie d'un signal sonore (dk(n)), dit signal de bruit propagé, engendré dans ladite zone (22) par un signal primaire (xk(n)), dit signal de bruit, ledit procédé comprenant une émission,, par des moyens d'émission, d'au moins un signal de contre-bruit (yk(n)) comprenant au moins un premier signal de contre-bruit (yfbkk(n)), dit feedback, d'un effet antagoniste audit signal de bruit propagé (dk(n)), ledit procédé comprenant en outre au moins une itération des opérations suivantes : -mesure, par des moyens de mesure disposés au niveau de ladite zone déterminée (22), d'un signal (ek(n)), dit d'erreur, représentant une information d'efficacité de la réduction de l'énergie du signal de bruit propagé (dk(n)) dans ladite zone (22) ; - modélisation, par au moins un premier filtre (Skk(z)), d'un trajet acoustique direct (Skk), dit chemin secondaire, entre lesdits moyens d'émission du signal de contre-bruit (yk(n)) et lesdits moyens de mesure dudit signal d'erreur (ek(n)) ; -détection d'au moins une composante périodique dudit signal de bruit propagé (dk(n)) ; et - ajustement dudit signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) en fonction de ladite composante périodique détectée, dudit signal d'erreur (ek(n)) et dudit chemin secondaire modélisé (Skk(z)).
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection d'au rnoins une composante périodique du signal de bruit propagé (dk(n)) est réalisée par analyse d'un signal de bruit propagé estimé (dek(n)) obtenue par estimation à partir d'une part du signal d'erreur (ek(n)), et d'autre part du signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) traité par le premier filtre (Skk(z)) modélisant le chemin secondaire (Skk).
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un filtrage passe-bande du signal de bruit propagé estimé (dek(n)), à 2913521 -21- la fréquence de tout ou partie des composantes périodiques détectées, ledit filtrage fournissant un signal, dit de référence (d'k(n)).
4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ajustement du 5 signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) comprend un ajustement d'au moins un coefficient d'un deuxième filtre (Wfdkk(z)), à réponse impulsionnelle finie, ledit deuxième filtre étant prévu pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) en fonction du signal de référence (d'k(n)) filtré par un troisième filtre à réponse impulsionnelle finie (1/Skk(z)) modélisant en 10 amplitude l'inverse du chemin secondaire.
5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'au moins un coefficient du deuxième filtre (Wfbkk(z)) est ajusté par un algorithme du type algorithme de minimisation selon le critère des moindres carrés (LMS) en 15 fonction du signal de référence (d'k(n)) traité préalablement par le premier filtre (Skk(z)), du signal d'erreur (ek(n)) ayant subi au préalable un filtrage passe-bande à la fréquence de tout ou partie des composantes périodiques détectées et d'un coefficient de convergence, dit feedback. 20
6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de contre-bruit (yk(n)) comprend en outre un signal de contre-bruit (yfwdk(n)), dit feedforward, ajusté en fonction du signal d'erreur (ek(n)), du signal de bruit (xk(n)) mesuré par des moyens de mesure (314). 25
7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une modélisation en amplitude de l'inverse du chemin secondaire (Skk) par au moins un quatrième filtre (1/Skk(z)), à réponse impulsionnelle finie. 30
8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'ajustement du signal de contre-bruit feedforward (yfwdk(n)) comprend un ajustement d'au moins un coefficient d'un cinquième filtre (Wfwdk(z)), à réponse impulsionnelle finie, ledit cinquième filtre étant prévu pour ajuster ledit 2913521 - 22 - signal de contre-bruit feedforward (yfwdk(n)) en fonction du signal de bruit (xk(n)) préalablement traité par le quatrième filtre (1/Skk(z)).
9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins un 5 coefficient du cinquième filtre (Wfi^"'k(z)) est ajusté par un algorithme du type algorithme des moindres carrés (LMS) en fonction du signal d'erreur (ek(n)), du signal de bruit mesuré (xk(n)) traité au préalable par un sixième filtre (Skk(z)) modélisant le chemin secondaire (Skk) et d'un coefficient de convergence, dit feedforward. 10
10) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour l'atténuation d'au moins un signal de bruit propagé (dk(n)) par émission d'une pluralité de signaux de contre-bruit (yl(n)-y4(n)) par une pluralité de moyens d'émission (316-319). 15
11)Système de réduction active, au niveau d'une zone déterminée (22), de l'énergie d'un signal sonore (dk(n)), dit signal de bruit propagé, engendré clans ladite zone (22) par un signal primaire (xk(n)), dit signal de bruit, par émission d'au moins un signal de contre-bruit (yk(n)) comprenant au moins 20 un premier signal de contre-bruit (yfbkk(n)), dit feedback, d'un effet antagoniste audit signal de bruit propagé (dk(n)) au niveau de la zone déterminé (22), ledit système comprenant : - des moyens (316-319) pour émettre le signal de contre- bruit (yk(n)) ; 25 - des moyens (310-313) de mesure, au niveau de ladite zone déterminée (22), d'un signal (ek(n)), dit d'erreur, représentant une information d'efficacité de la réduction de l'énergie dudit signal de bruit propagé (dk(n)) ; - au moins un premier filtre (Skk(z)) pour modéliser un trajet 30 acoustique direct (Skk), dit chemin secondaire, entre lesdits moyens d'émission (316-319) du signal de contre-bruit (yk(n)) et lesdits moyens de mesure (310-313) dudit signal d'erreur (ek(n)). - des moyens (214) pour détecter au moins une composante périodique dudit signal de bruit propagé (dk(n)) ; et 2913521 -23 - - des moyens pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) en fonction de ladite composante périodique détectée, dudit signal d'erreur (ek(n)) et dudit chemin secondaire modélisé (kk(Z))•
12)Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens (316-319) pour émettre le signal de contre-bruit (yk(n)) comprennent des transducteurs ultrason ayant un faisceau d'émission (61) réduit. 10
13)Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (213) pour estimer le signal de bruit propagé (dk(n)) à partir d'une part du signal d'erreur (ek(n)), et d'autre part du signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) traité par le premier filtre (kk(z)) modélisant le chemin secondaire (Skk), lesdits moyens (213) 15 fournissant un signal de bruit propagé estimé (dek(n)).
14)Système selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de filtrage passe-bande (214) du signal de bruit propagé estimé (dek(n)) à la fréquence de tout ou partie des composantes 20 périodiques détectées, lesdits moyens de filtrage fournissant un signal de référence (d'k(n)).
15)Système selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens pour ajuster le signal de contre-bruit feedback (yfbkk(n)) comprennent au 25 moins un deuxième filtre (Wfbkk(z)) à réponse impulsionnelle finie prévu pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedback yfbkk(n)) en fonction du signal de référence (d'k(n)) filtré par un troisième filtre (1/kk(z)) modélisant en amplitude l'inverse du second chemin. 30
16)Système selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le signal de contre-bruit (yk(n)) comprend un second signal de contre-bruit (yfwdk(n)) dit, feedforward, le système comprenant en outre des moyens pour ajuster ledit signal de contre-bruit feedforward (yfwdk(n)) en fonction du signal d'erreur (ek(n)) et du signal de bruit (xk(n)). 5 5 10- 24 -
17)Système selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un quatrième filtre (1/kk(z)), à réponse impulsionnelle finie, agencé pour modéliser en amplitude l'inverse du chemin secondaire. :18)Système selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un cinquième filtre (Wfwdk(z)), prévu pour ajuster le signal de contre-bruit feedforward (yfwdk(n)), en fonction du signal de bruit (xk(n)) traité par le quatrième filtre (1/kk(z)). 19)Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de moyens d'émission (316-319) d'une pluralité de signaux de contre-bruit (y1(n)-y4(n)).
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