FR3096197A1 - Methode de determination des performances audio d'un amplificateur - Google Patents
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Abstract
Méthode de détermination des performances audio d'un amplificateur (10) de classe D relié à au moins un haut-parleur (20) duquel est émis un signal audio d'une fréquence prescrite, caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes suivantes : - définir, comme valeur de consigne, une tension de sortie (Vout) moyenne de l'amplificateur (10) permettant d'obtenir, dudit haut-parleur (20), un niveau sonore moyen nominal, - appliquer, à l'amplificateur (10), une tension d'alimentation (VS) permettant d'obtenir ledit signal audio, - effectuer une mesure d'un bruit de fond (NL) de la tension de sortie (Vout) de l'amplificateur (10), et - déterminer les performances audio de l'amplificateur (10) en comparant la mesure de bruit de fond (NL) à une valeur limite (NLmax) prédéfinie. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne le domaine des sons électroacoustiques audibles, et en particulier celui des performances audio d'un amplificateur de classe de fonctionnement D, plus simplement identifié comme étant de classe D. De façon encore plus spécifique, l'invention concerne les amplificateurs de cette classe utilisés dans le domaine de l'automobile pour alimenter les haut-parleurs des systèmes audio agencés dans des véhicules.
Lorsqu'une musique est par exemple jouée par un tel système, il est souvent nécessaire ou opportun de pouvoir bénéficier d'une proportion non-négligeable de basses dans le spectre de la restitution sonore, afin de pouvoir couvrir les bruits engendrés par le véhicule lors de son déplacement. Ces bruits sont typiquement des bruits de moteur, des bruits liés au roulement des pneus sur le revêtement routier, ainsi que des bruits de flux d'air lorsque véhicule est en déplacement. Pour pouvoir couvrir au moins en partie ces bruits, une puissance significative est requise par l'amplificateur dans une zone couvrant les basses fréquences du spectre audio.
Les amplificateurs installés dans les véhicules, en particulier les véhicules automobiles, sont majoritairement des amplificateurs de classe D pour différentes raisons, notamment pour leur excellent rendement énergétique et leur miniaturisation (poids et encombrement moindre). Les contraintes liées à l'alimentation de ces amplificateurs sont définies par la batterie du véhicule qui constitue le seul et unique moyen effectif d'alimentation. Cette batterie possède une tension limitée et alimente le système audio dans une plage de courant généralement prédéfinie.
Il a été constaté que lorsque trop de puissance est demandée en restitution de l'amplificateur, en particulier pour des sons appartenant au spectre des basses fréquences, un bruit parasite apparaît dans la plage des fréquences élevées. Ce bruit parasite est un phénomène également connu sous l'anglicisme de "cracking noise". Contrairement aux haut-parleurs, de type subwoofers, qui sont spécialement dédiés pour la restitution des basses et qui, par exemple, peuvent être logés dans le coffre du véhicule, les haut-parleurs de type tweeters, destinés à restituer les sons aigus, sont généralement disposés à proximité des occupants du véhicule. Par conséquent, le phénomène de "craking noise" qui concerne la plage des fréquences élevées est un phénomène parasite clairement audible pour les occupants.
De nos jours, les performances des amplificateurs de classe D, dédiés en particulier à l'équipement audio des véhicules, sont déterminées en relation avec une mesure du taux de distorsion harmonique plus bruit. Cette grandeur est connue sous l'acronyme THD+N qui signifie "Total Harmonic Distortion + Noise" en anglais. Le seuil admissible de THD+N est généralement fixé à 1% pour un équipement audio de véhicule. Ainsi, les performances audio de ces systèmes sont couramment déterminées en exprimant une puissance de sortie atteinte pour un taux de THD+N de 1%.
Or, il a été constaté que le phénomène de "cracking noise" pouvait déjà apparaître en dessous de ce seuil de 1%. Par conséquent, le taux THD+N ne constitue pas un indicateur suffisant pour pouvoir qualifier à satisfaction les performances audio d'un amplificateur pour une installation et des contraintes données.
Le document US2016/0035337 décrit une méthode pour améliorer la qualité audio d'un système en utilisant un dispositif mobile, tel qu'un téléphone portable, une tablette ou tout autre dispositif capable de recevoir des données audio et d'y effectuer des analyses.
Le document WO2012/024144A1divulgue un procédé pour réguler une distorsion de sortie de haut-parleur miniature par atténuation d'une bande de fréquence critique s'un signal d'entrée à reproduire. La bande de fréquence critique étant constituée par une plage de fréquence de la réponse du haut-parleur dans laquelle le taux de distorsion harmonique (THD) atteint un sommet.
Le document US2008/0310651A1 décrit une méthode visant à éliminer les bruits de craquement qui apparaissent lorsqu'on allume ou atteint l'amplificateur. Il convient de noter que ces bruits sont des bruits de basse fréquence qui n'apparaissent que lorsqu'on allume ou éteint l'amplificateur. Par conséquent, ils n'ont rien en commun avec le phénomène de "cracking noise" qui concerne la présente invention et constitue un bruit parasite du domaine des aigus survenant en cours de restitution d'une musique par exemple.
Le document EP1986466 décrit une méthode pour le réglage du son et en particulier pour un réglage ou une égalisation automatique du son dans l'habitacle des véhicules à moteur.
Les solutions apportées par les documents précités ne permettent pas de définir un indicateur capable de qualifier les performances audio d'un amplificateur de classe D avec comme principal critère déterminant la présence ou l'absence du phénomène de "cracking noise" décrit plus haut. Par conséquent, il existe un intérêt de trouver une solution plus adéquate qui permette, au moins en partie, de résoudre les inconvénients précités.
Dans ce but, la présente invention suggère une méthode de détermination des performances audio d'un amplificateur de classe D relié à au moins un haut-parleur duquel est émis un signal audio d'une fréquence prescrite. Cette méthode comprend les étapes suivantes :
- définir, comme valeur de consigne, une tension de sortie moyenne de l'amplificateur permettant d'obtenir, dudit haut-parleur, un niveau sonore moyen nominal,
- appliquer, à l'amplificateur, une tension d'alimentation permettant d'obtenir ledit signal audio,
- effectuer une mesure d'un bruit de fond de la tension de sortie de l'amplificateur, et
- déterminer les performances audio de l'amplificateur en comparant la mesure de bruit de fond à une valeur limite prédéfinie.
- définir, comme valeur de consigne, une tension de sortie moyenne de l'amplificateur permettant d'obtenir, dudit haut-parleur, un niveau sonore moyen nominal,
- appliquer, à l'amplificateur, une tension d'alimentation permettant d'obtenir ledit signal audio,
- effectuer une mesure d'un bruit de fond de la tension de sortie de l'amplificateur, et
- déterminer les performances audio de l'amplificateur en comparant la mesure de bruit de fond à une valeur limite prédéfinie.
Avantageusement, la méthode de la présente invention est une méthode de test qui permet de connaître plus exactement les limites des performances d'un amplificateur destiné à équiper un système audio sujet au phénomène de "cracking noise". De ce fait, il devient plus aisé de dimensionner au mieux les composants matériel servant à la définition de l'amplificateur, notamment lorsque ce dernier est soumis à des contraintes essentiellement liées à un environnement particulier. Un tel environnement fait typiquement référence à celui du domaine des véhicules automobile où notamment la tension d'alimentation à disposition d'une installation audio est limitée à un niveau très réduit, la pression acoustique demandée est relativement élevée et où les caractéristiques des haut-parleurs sont limitées en raison de leurs tailles relativement réduites. Grâce à un dimensionnement plus précis des composants de l'amplificateur, on évite également de devoir ajouter ultérieurement un élévateur de tension au bornes de l'amplificateur.
Dans un mode de réalisation préféré, la valeur limite prédéfinie est équivalente à 10 mV.
Dans un mode de réalisation préféré, la mesure du bruit de fond est déterminée en calculant la moyenne quadratique des harmoniques supérieures à un rang prédéfini. De préférence, le rang prédéfini est égale à 20.
De préférence encore, la fréquence prescrite correspond à une fréquence de la bande de fréquences utile du haut-parleur ou des haut-parleurs constituant l'installation audio. Dans un mode de réalisation, la fréquence prescrite correspond à la fréquence de résonance du haut-parleur.
Dans un mode de réalisation, la tension d'alimentation de l'amplificateur est celle donnée par une batterie d'un véhicule.
Dans un mode de réalisation complémentaire, lesdites performances audio sont déterminées comme étant bonnes si la mesure de bruit de fond n'excède pas ladite valeur limite, dans le cas contraire les performances audio sont déterminées comme étant insuffisantes, et en ce que,
- si les performances audio déterminées sont bonnes, réduire la tension d'alimentation d'une valeur incrémentale puis réitérer la méthode ;
- si les performances audio déterminées sont insuffisantes, augmenter la tension d'alimentation de la valeur incrémentale puis réitérer la méthode.
- si les performances audio déterminées sont bonnes, réduire la tension d'alimentation d'une valeur incrémentale puis réitérer la méthode ;
- si les performances audio déterminées sont insuffisantes, augmenter la tension d'alimentation de la valeur incrémentale puis réitérer la méthode.
Dans un mode de réalisation, la méthode comprend en outre une mesure d'un taux de distorsion harmonique (THD) et en ce que lesdites performances audio de l'amplificateur sont jugées insuffisantes si le taux de distorsion harmonique excède une valeur de seuil. De préférence, cette valeur de seuil est de 1%. En variante, elle pourrait être inférieur à 1%, par exemple être de 0.9%, 0.8%, 0.7%, 0.6% ou 0.5%.
De préférence encore, ledit taux de distorsion harmonique inclut le bruit de fond (THD+N).
Dans le mode de réalisation préféré, la mesure du bruit de fond est effectuée sur des bornes de l'amplificateur ou du haut-parleur.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre et qui présente différents modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les figures annexées dans lesquelles :
En référence à la Fig. 1, celle-ci représente essentiellement le synoptique d'une installation audio simple qui pourrait être celle établie dans un véhicule automobile. Cette installation comporte un amplificateur 10, auquel est relié au moins un haut-parleur 20 ainsi qu'une source audio 30. Sur cette figure, deux haut-parleurs ont été illustrés, notamment un premier haut-parleur 20, dédié de préférence aux basses, et un second haut-parleur 20' plus spécifiquement dédié au médium et/ou aux aigus. Le premier haut-parleur 20 pourrait typiquement être un caisson de basse ou haut-parleur de graves (également connu sous l'anglicisme "woofer" ou "subwoofer"), alors que le second haut-parleur 20' pourrait typiquement faire référence à un médium ou à un haut-parleur des aigus (par exemple un "medium" ou "tweeter"). Cependant un seul haut-parleur 20 à large bande (de type "full range speaker") pourrait néanmoins être considéré.
La source audio 30 peut faire référence à un autoradio ou à tout autre système audio embarqué dans le véhicule.
L'amplificateur 10 est alimenté par une source d'énergie électrique 40, pouvant être la batterie d'un véhicule, un alternateur destiné par exemple à recharger une telle batterie ou une combinaison d'une batterie et d'un tel alternateur.
L'amplificateur 10 est un amplificateur de classe D. Les différentes classes des amplificateurs sont définies par la relation entre la forme du signal d'entrée et celle du signal de sortie ainsi que par la durée pendant laquelle un composant actif est utilisé lors de l'amplification du signal. A titre d'exemples, les amplificateurs de classe A utilisent la totalité du signal sinusoïdal d'entrée, alors que ceux de classe B utilisent que la moitié (une alternance sur deux). La classe AB utilise entre 50% et 100% du signal d'entrée.
Contrairement aux amplificateurs de classe A, B ou AB, l'amplificateur de classe D a la particularité de voir ses composants de puissance utilisés comme des interrupteurs de sorte à adopter un fonctionnement en commutation (binaire) entre deux niveaux de tension. Comme illustré schématiquement sur la Fig. 1, le signal analogique sinusoïdal d'entrée Vinfourni par la source audio 30 est converti en une série d'impulsions d'amplitude constante, dont la fréquence est fixe mais la durée (largeur de l'impulsion) est variable. Après avoir été converti, la puissance de ce signal est amplifiée grâce à la réserve de puissance fournie par la source d'énergie électrique 40 qui alimente l'amplificateur en énergie. Ce signal amplifié est à nouveau transformé en un signal analogique sinusoïdal de sortie Voutqui, ainsi, est un signal amplifié par au signal d'entrée Vin.
A noter que la puissance de sortie (en Watts) de l'amplificateur est dépendante de l'impédance qui, à son tour, varie en fonction de la fréquence du signal musical. Pour cette raison, au lieu de caractériser le signal de test par sa puissance, il est généralement préféré de le caractériser par sa tension (en Volts).
La Fig. 2 illustre schématiquement une situation dans laquelle le phénomène de bruit parasite de type "cracking noise" survient dans le signal de sortie de l'amplificateur qui est acheminé vers les haut-parleurs 20, 20'. Dans le domaine de l'automobile, la source d'énergie électrique 40 est constituée par la batterie du véhicule ainsi que par l'alternateur lorsque le moteur du véhicule est en marche. La puissance de cette source d'énergie est limitée de même que le niveau de tension qu'elle fourni qui et typiquement compris entre 13V et 15V et vaut généralement 14V-14.5 V lorsque le moteur tourne. En revanche, avec le moteur à l'arrêt, la tension mesurée aux bornes d'une batterie correctement chargée est de l'ordre de 12.6 V. Si la tension est inférieure à 12V, la batterie est déchargée, alors que si elle atteint des niveaux de tension plus bas, il conviendrait certainement de la changer.
Le graphique de la Fig. 2 représente un niveau de tension (axe des ordonnées) en fonction du temps (axe des abscisses). La ligne horizontale illustre le niveau de tension (+VS) que peut donner la source d'énergie 40. La courbe sinusoïdale illustre le signal audio Vouten sortie de l'amplificateur. Plus l'amplitude de ce signal est grande, plus élevée sera la puissance de sortie demandée à l'amplificateur. Lorsque la puissance (ou tension) de sortie est supérieure à la puissance (ou tension) maximum que peut délivrer la source d'énergie, un nombre important d'harmoniques élevées dérivées de la fréquence musicale du signal audio apparaît. C'est précisément ce qui engendre le phénomène de bruit parasite dénommé "cracking noise". Sur la Fig. 2, ce phénomène de "cracking noise" apparaitrait aux instants t1à t4où la crête du signal de tension sinusoïdale dépasse le niveau de tension constant (+VS) de la source d'énergie électrique, comme repéré par des cercles sur cette figure. Ainsi, ce bruit parasite peut apparaître ponctuellement, comme illustré sur la Fig. 2 ou avoir une durée plus étendue.
La Fig. 3 donne une illustration graphique d'un tel bruit parasite lors de tests effectués sur un signal audio en sortie de l'amplificateur 10 dans différentes conditions. Sur ce graphique, l'axe des ordonnées correspond à un niveau sonore (amplitude sonore) exprimé ici en dBV sur une échelle allant de -160dBV à +40dBV, et l'axe des abscisses correspond au spectre des fréquences audibles par l'homme qui s'étend de 20Hz à 20kHz. Deux signaux audio de sortie (Vout) sont représentés sur ce graphique par deux courbes superposées. Chacune de ces courbes est une illustration d'un son audible ayant une fréquence prescrite, ici 60 Hz. Cette fréquence est celle de la première composante sinusoïdale du son.
Il faut savoir que le son (sinusoïde), joué par exemple par un instrument de musique, n'est pas une entité unique mais est formé d'une multitude de composantes sinusoïdales. La première composante est appelée harmonique fondamentale ou première harmonique du son. Elle est notée H1sur la Fig. 3 et, dans le présent cas d'espèce, à une fréquence de 60Hz. Les autres composantes sont des harmoniques de rang supérieur, notées H2, H3, etc…, qui ont pour fréquence un multiple de la fréquence fondamentale. Ainsi, si l'harmonique fondamentale H1 (de rang 1) à une fréquence de 60Hz, la seconde harmonique H2 (de rang 2) aura une fréquence de 120Hz, la troisième H3 (de rang 3) aura une fréquence de 180Hz, et ainsi de suite. Comme on le voit sur la Fig. 3, l'amplitude des harmoniques décroit au fur et à mesure que leur rang augmente. Du fait de leurs fréquences élevées, les harmoniques de haut rang seront typiquement restituées par un haut-parleur dédié aux sons aigus, tel qu'un tweeter par exemple.
La première harmonique est celle qui caractérise la note musicale réellement perçue. C'est donc la composante principale que l'on cherche à restituer pour un son de fréquence donnée. Les autres harmoniques de rang supérieur sont plutôt susceptibles de perturber les installations et/ou la pureté du son, notamment en créant des distorsions sonores.
La performance d'une installation peut être déterminée en mesurant le taux de distorsion harmoniques (THD – Total Harmonic Distorsion). Le THD peut être obtenu en calculant la racine carrée de la somme des carrés de toutes les harmoniques, où chacune d'elle représente une ampleur par rapport à la première harmonique. Le résultat est exprimé par une valeur en pourcent qui, pour des équipements audio destinés au domaine de l'automobile, est un indicateur utilisé pour qualifier la performance d'une installation audio. Dans la pratique, le THD d'un système audio est mesurable en utilisant un filtre hautement sélectif et accordable sur chaque fréquence harmonique, ce qui peut se révéler fastidieux.
Pour cette raison, cette performance est de préférence déterminée en mesurant un taux de distorsion harmonique plus bruit (THD+N), lequel bruit est un bruit de fond dit "électrique" du fait qu'il soit généré par les composants électriques du système audio et notamment par les composants électroniques de l'amplificateur 10. En effet, l'amplificateur doit avoir la capacité d'amplifier l'amplitude du signal d'entrée Vinsans le déformer, de sorte à obtenir une amplification aussi linéaire que possible. Or, pour déterminer la distorsion sonore, il est en général plus simple de mesurer l'ensemble des écarts du signal de sortie Voutpar rapport à la transmission linéaire du signal d'entrée Vin, sans séparer les harmoniques du bruit de fond. Dans la pratique, la mesure du THD+N est généralement obtenue au moyen d'un filtre de réjection (appelé aussi filtre bouchon) accordé sur la fréquence fondamentale du signal testé et placé en sortie du système audio. Le seuil généralement admissible de THD+N est généralement fixé à 1% pour l'équipement audio des véhicules du domaine de l'automobile.
En revenant à la Fig. 3, la première courbe illustrée sur le graphique annoté de cette figure est celle du bas, à savoir celle qui est obtenue lorsque la tension d'alimentation VSde la source d'énergie électrique 40 est, dans ce présent exemple, de 14.4V. Le taux de distorsion harmonique plus bruit THD+N du signal correspondant à cette première courbe est de 0.2 %, comme indiqué par l'annotation correspondante ajoutée à cette courbe. L'expérience à montré qu'aucun phénomène de "cracking noise" n'était physiologiquement décelable à l'écoute de ce premier signal.
La seconde courbe est celle du haut et correspond au signal de sortie Voutobtenu lorsque la tension d'alimentation VSde la source d'énergie électrique 40 chute à 13.6V. Le taux de distorsion harmonique plus bruit THD+N mesuré pour cette courbe est de 0.9 %. Or, bien que cette courbe présente un THD+N inférieur à 1%, il a été constaté que le phénomène de "cracking noise" pouvait néanmoins être perçu lors de l'écoute de ce signal. Par conséquent, le seuil de 1% attribué au THD+N ne constitue pas un indicateur suffisant pour qualifier les performances audio d'un amplificateur de classe D.
Ce constat a été effectuée pour des contraintes et exigences prédéfinies parmi lesquelles ont citera le niveau de la tension d'alimentation VSde la source d'énergie électrique 40 qui est limité, et le niveau sonore moyen recherché que l'on doit être capable d'obtenir de l'installation audio, en particulier du haut-parleur 20 pour pouvoir couvrir des bruits du véhicule liés au moteur, au roulement et au flux d'air. Le niveau sonore moyen nominal, que l'on prend comme niveau minimum à atteindre, correspond à un niveau de pression acoustique (aussi définit comme niveau SPL – "Sound Presure level") et peut typiquement être mesuré au moyen d'un sonomètre avec pour unité des décibels (dB).
Pour remédier aux déficiences précitées, la présente invention propose une méthode de détermination des performances audio d'un amplificateur 10 de classe D relié à au moins un haut-parleur 20 duquel est émis un signal audio Voutd'une certaine fréquence. Cette fréquence est définie comme étant une fréquence prescrite de référence afin de pouvoir déterminer des repères utiles en cas de mesures comparatives. En effet, on rappellera que la puissance du signal de sortie dépend de l'impédance et que cette dernière varie en fonction de la fréquence du signal audio.
Pour pouvoir obtenir du haut-parleur 20 un certain niveau sonore moyen nominal, il est nécessaire d'obtenir de l'amplificateur 10 une tension de sortie Voutmoyenne. Cette tension de sortie moyenne est typiquement une tension RMS (acronyme de "Root Mean Square") qui se détermine par la moyenne quadratique qui est la racine carrée de la moyenne arithmétique des carrés des valeurs instantanées de cette tension sinusoïdale. En d'autres termes, une valeur RMS d'un signal sinusoïdal correspond à sa valeur efficace. Exiger un niveau de tension de sortie Voutmoyenne (ou RMS), en sortie de l'amplificateur, permet d'assurer un certain niveau de pression acoustique pour un haut-parleur donné.
Ainsi, la présente méthode vise à :
- définir, comme valeur de consigne (valeur nominale), une tension de sortie Voutmoyenne de l'amplificateur 10 qui permette d'obtenir, du haut-parleur 20 un certain niveau sonore moyen nominal ;
- appliquer, à l'amplificateur 10, une tension d'alimentation VSpermettant d'obtenir, de cet amplificateur, le signal audio Voutattendu, à savoir un signal de fréquence prescrite et correspondant à la tension de sortie moyenne ;
- effectuer une mesure du bruit de fond NL(électrique) sur la tension de sortie Voutde l'amplificateur 10, et
- déterminer les performances audio de l'amplificateur en comparant la mesure de bruit de fond NLà une valeur limite NL maxprédéfinie.
- définir, comme valeur de consigne (valeur nominale), une tension de sortie Voutmoyenne de l'amplificateur 10 qui permette d'obtenir, du haut-parleur 20 un certain niveau sonore moyen nominal ;
- appliquer, à l'amplificateur 10, une tension d'alimentation VSpermettant d'obtenir, de cet amplificateur, le signal audio Voutattendu, à savoir un signal de fréquence prescrite et correspondant à la tension de sortie moyenne ;
- effectuer une mesure du bruit de fond NL(électrique) sur la tension de sortie Voutde l'amplificateur 10, et
- déterminer les performances audio de l'amplificateur en comparant la mesure de bruit de fond NLà une valeur limite NL maxprédéfinie.
Dans l'exemple de la Fig. 3, la tension de sortie moyenne de l'amplificateur est équivalente à 9V pour un signal d'entrée d'une fréquence de 60Hz. Cette tension de sortie moyenne (ou RMS) peut être considérée comme une valeur de consigne ou une valeur nominale à atteindre. Pour cette raison, cette tension demeure inchangée quelle que soit le signal de sortie, illustré par la courbe du bas ou celle du haut sur le graphique de cette figure. On mentionnera encore que cette tension de sortie pourrait être considérée comme une tension de sortie moyenne minimale à atteindre.
En revanche, on peut constater sur ce graphique que la mesure du bruit de fond NLn'est pas constante entre une courbe et l'autre. En effet, le signal de sortie Voutissu sous une tension d'alimentation de 14.4 V, possède un niveau de bruit de fond NLcorrespondant à 7mVrms, alors que le même signal obtenu sous une tension d'alimentation réduite à 13.6 V, possède un niveau de bruit de fond NLcorrespondant à 15mVrms.
Le retour d'expérience a montré que le seuil d'apparition du défaut sonore généré par le bruit parasite de type "cracking noise" était équivalent à 10mV, plus précisément 10mVrms. De préférence, cette valeur est prise comme valeur limite NL maxprédéfinie pour déterminer les performances audio de l'amplificateur 10.
Bien qu'exprimée en mV ou en Vrms, il est à relever que cette valeur limite NL maxpourrait être exprimée dans d'autres unités, par exemple en dBV comme grandeur de champ (valeur efficace de la tension) avec une tension de référence de 1Vrms, en dBu (décibel hors charge) comme autre grandeur de champ avec une tension de référence de 0.775 Vrms, en dBm comme grandeur de puissance avec une puissance de référence de 1mW, ou encore en W (Watts) ou en V (Volts). L'équivalence entre ces différentes unités, données ici à titre d'exemples, peut être obtenue par transformations mathématiques.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la mesure du bruit de fond NLest déterminée en calculant la moyenne quadratique (valeur RMS) des harmoniques Hnsupérieures à un rang n prédéfini. Un tel calcul peut être obtenu au moyen d'un appareil de mesure 50, comme illustré à la Fig. 1, intégrant un algorithme ou un software basé sur la formule mathématique susmentionnée ou sur une formule similaire.
De préférence, le rang n prédéfini est égale à 20. Ainsi, le niveau de bruit de fond NL pourra être déterminé en calculant la moyenne quadratique des valeurs associées à toutes les harmoniques supérieures à la 20eou à compter de la 20e. Dans la pratique, le nombre d'harmoniques considérées n'est bien sûr pas infini mais se limite soit à un rang maximum m prédéterminé (par exemple à l'harmonique de rang maximum m=100, 500 ou 1000), soit à une fréquence limite prédéterminée qui par exemple peut être de 20kHz (limite de l'audition) et pour qui correspond une harmonique d'un certain rang maximum.
Dans un mode de réalisation, la fréquence prescrite du signal audio correspond à une fréquence parmi celles de la bande de fréquences utile du haut-parleur 20 ou des haut-parleurs 20, 20' (subwoofer, woofer, medium, tweeter) constituant l'installation audio.
De préférence encore, la fréquence prescrite correspond à la fréquence de résonance du haut-parleur 20. Cette fréquence vaut par exemple 60Hz, comme le montre la première harmonique H1 des courbes illustrées à la Fig. 3. La fréquence de résonance correspond à la fréquence de résonance mécanique du haut-parleur pour lequel les matériaux utilisés, y compris ceux de son support, vont déterminer les caractéristiques de résonance mécanique de cet organe.
Dans un mode de réalisation, la tension d'alimentation VSde l'amplificateur 10 est celle donnée par une batterie d'un véhicule, de préférence un véhicule automobile. Cette tension d'alimentation est typiquement de l'ordre de 12V, lorsque le moteur du véhicule est à l'arrêt. Cependant, pour assurer sa recharge, cette batterie est généralement couplée à un alternateur entraîné par le moteur du véhicule. Par conséquent, la source d'énergie électrique peut être considérée, en particulier lorsque le moteur du véhicule est en marche et entraîne l'alternateur avec lui, comme étant l'alternateur ou l'ensemble comprenant la batterie et l'alternateur du véhicule. Dans ce cas, la tension d'alimentation VSest plutôt de l'ordre de 14V à 14.5V. Sur l'exemple de la Fig. 3, cette tension d'alimentation VSvaut 14.4V.
Dans un mode de réalisation, les performances audio de l'amplificateur 10 sont déterminées comme étant bonnes si la mesure du bruit de fond NL, obtenue par l'appareil de mesure 50, n'excède pas la valeur limite NLmaxdéfinie par avance comme seuil maximum toléré. Dans le cas contraire, les performances audio de l'amplificateur 10 sont déterminées comme étant insuffisantes. Cette étape est illustrée de façon schématique à la Fig. 1 par le losange qui symbolise une étape de test dans un organigramme. La valeur 0 obtenue à l'issue de ce test équivaut à une réponse négative alors que la valeur 1 équivaut à une réponse positive. Comme déjà évoqué, la valeur limite correspond de préférence à 10 mV.
Dans un mode de réalisation, des étapes additionnelles pourraient encore être entreprises en vue de déterminer, par exemple, la tension d'alimentation VSlimite nécessaire pour pouvoir satisfaire à la condition permettant encore d'obtenir des performances audio jugées bonnes. Pour ce faire, la méthode pourrait en outre comprendre les étapes de type conditionnelle suivantes :
- si les performances audio déterminées sont bonnes, réduire la tension d'alimentation VSd'une valeur incrémentale puis réitérer la méthode, de préférence, jusqu'à ce que la tension d'alimentation VSse stabilise ;
- si les performances audio déterminées sont insuffisantes, augmenter la tension d'alimentation de la valeur incrémentale puis réitérer la méthode, de préférence jusqu'à ce que la tension d'alimentation VSse stabilise.
- si les performances audio déterminées sont bonnes, réduire la tension d'alimentation VSd'une valeur incrémentale puis réitérer la méthode, de préférence, jusqu'à ce que la tension d'alimentation VSse stabilise ;
- si les performances audio déterminées sont insuffisantes, augmenter la tension d'alimentation de la valeur incrémentale puis réitérer la méthode, de préférence jusqu'à ce que la tension d'alimentation VSse stabilise.
La valeur incrémentale pourrait être de 0.5V ou comprise entre 0.1V et 0.5V par exemple.
Dans un mode de réalisation, la méthode de la présente invention est en outre complétée par une mesure du taux de distorsion harmonique (THD). Les performances audio de l'amplificateur 10 pourraient alors être jugées insuffisantes si le taux de distorsion harmonique (THD) excédait une valeur de seuil. Une telle valeur de seuil pourrait être de 1%. En variante, cette valeur de seuil pourrait être plus sévère, par exemple être comprise entre 0.5% et 1%. De préférence, ce taux de distorsion harmonique inclut le bruit de fond et correspond donc à un taux de distorsion harmonique plus bruit (THD+N).
Comme illustré à la Fig. 1, la mesure du bruit de fond NLest de préférence effectuée sur les bornes de l'amplificateur 10 ou sur celle du haut-parleur 20.
Dans un mode de réalisation préféré, la tension de sortie Voutminimale vaut 9V. En variante, elle pourrait être abaissée à 8.5V si, par exemple, les exigences en termes de niveau sonore moyen, c’est-à-dire en termes de pression acoustique générée par le haut-parleur 20, étaient revues à la baisse, typiquement de l'ordre de 3dB.
Bien que les objets de la présente invention aient été décrits en référence à des exemples spécifiques, diverses modifications et/ou améliorations évidentes pourraient être apportées aux modes de réalisation décrits sans s’écarter de l’esprit et de l’étendue de l’invention.
Claims (10)
- Méthode de détermination des performances audio d'un amplificateur (10) de classe D relié à au moins un haut-parleur (20) duquel est émis un signal audio d'une fréquence prescrite, caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes suivantes :
- définir, comme valeur de consigne, une tension de sortie (Vout) moyenne de l'amplificateur (10) permettant d'obtenir, dudit haut-parleur (20), un niveau sonore moyen nominal,
- appliquer, à l'amplificateur (10), une tension d'alimentation (VS) permettant d'obtenir ledit signal audio,
- effectuer une mesure d'un bruit de fond (NL) de la tension de sortie (Vout) de l'amplificateur (10), et
- déterminer les performances audio de l'amplificateur (10) en comparant la mesure de bruit de fond (NL) à une valeur limite (NL max) prédéfinie. - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la valeur limite (NL max) prédéfinie est équivalente à 10 mV.
- Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la mesure du bruit de fond (NL) est déterminée en calculant la moyenne quadratique des harmoniques supérieures à un rang (n) prédéfini.
- Méthode selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit rang (n) prédéfini est égale à 20.
- Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la fréquence prescrite correspond à la fréquence de résonance du haut-parleur (20).
- Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la tension d'alimentation (VS) de l'amplificateur (10) est celle donnée par une batterie d'un véhicule.
- Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites performances audio sont déterminées comme étant bonnes si la mesure de bruit de fond (NL) n'excède pas ladite valeur limite (NL max), dans le cas contraire les performances audio sont déterminées comme étant insuffisantes, et en ce que,
- si les performances audio déterminées sont bonnes, réduire la tension d'alimentation (VS) d'une valeur incrémentale puis réitérer la méthode ;
- si les performances audio déterminées sont insuffisantes, augmenter la tension d'alimentation (VS) de la valeur incrémentale puis réitérer la méthode. - Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une mesure d'un taux de distorsion harmonique (THD) et en ce que lesdites performances audio de l'amplificateur (10) sont jugées insuffisantes si le taux de distorsion harmonique (THD) excède une valeur de seuil.
- Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce que ledit taux de distorsion harmonique inclut le bruit de fond.
- Méthode selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la mesure du bruit de fond (NL) est effectuée sur des bornes de l'amplificateur (10) ou du haut-parleur (20).
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