FR3109687A1 - Système Acoustique - Google Patents

Système Acoustique Download PDF

Info

Publication number
FR3109687A1
FR3109687A1 FR2004080A FR2004080A FR3109687A1 FR 3109687 A1 FR3109687 A1 FR 3109687A1 FR 2004080 A FR2004080 A FR 2004080A FR 2004080 A FR2004080 A FR 2004080A FR 3109687 A1 FR3109687 A1 FR 3109687A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
acoustic system
sound
microphone
speaker
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2004080A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3109687B1 (fr
Inventor
Thibault Nowakowski
Cyril Martin
Ilan KADDOUCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AKOUSTIC ARTS
Original Assignee
AKOUSTIC ARTS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AKOUSTIC ARTS filed Critical AKOUSTIC ARTS
Priority to FR2004080A priority Critical patent/FR3109687B1/fr
Priority to PCT/EP2021/060715 priority patent/WO2021214313A1/fr
Publication of FR3109687A1 publication Critical patent/FR3109687A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3109687B1 publication Critical patent/FR3109687B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04S—STEREOPHONIC SYSTEMS 
    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
    • G10K11/04—Acoustic filters ; Acoustic resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H04R1/2807—Enclosures comprising vibrating or resonating arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/403—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/002—Devices for damping, suppressing, obstructing or conducting sound in acoustic devices
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/162—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/02—Casings; Cabinets ; Supports therefor; Mountings therein
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/28—Transducer mountings or enclosures modified by provision of mechanical or acoustic impedances, e.g. resonator, damping means
    • H04R1/2869—Reduction of undesired resonances, i.e. standing waves within enclosure, or of undesired vibrations, i.e. of the enclosure itself
    • H04R1/2876—Reduction of undesired resonances, i.e. standing waves within enclosure, or of undesired vibrations, i.e. of the enclosure itself by means of damping material, e.g. as cladding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/02—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for preventing acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/02—Spatial or constructional arrangements of loudspeakers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

L’invention concerne un système acoustique (1) comprenant : - une enceinte ultrasonore (10) qui comprend au moins deux sources et qui est conçue pour produire un faisceau ultrasonore focalisé ; - un système de captation (20) qui comprend au moins un microphone (21) et qui est adapté à enregistrer une onde sonore ; - une unité électronique de commande et de traitement du signal adaptée à piloter l’enceinte de manière à produire un premier son audible dans une zone d’écoute et à extraire de l’onde sonore un second son audible provenant d’une zone de captation superposée au moins en partie à la zone d’écoute. Figure pour l’abrégé : figure 1.

Description

Système Acoustique
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes de communication orale ou audio.
Elle concerne plus particulièrement un système acoustique pouvant, d’une part, générer des ondes sonores audibles à partir d’ondes ultrasonores et, d’autre part, acquérir des ondes sonores audibles de manière à permettre une communication orale entre deux personnes ou entre une personne et un automate.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse lorsqu’un son doit être diffusé à destination d’un seul locuteur, dans un volume limité, à distance des enceintes et que seul le son provenant de ce locuteur doit être acquis.
Elle concerne également un système de communication confidentiel et sans contact.
Etat de la technique
Dans de nombreuses circonstances, il est nécessaire de permettre à deux personnes de se parler tout en étant en présence l’une de l’autre mais séparées physiquement par une paroi transparente à fonction sanitaire et sécuritaire. Ainsi, de nombreux lieux accueillant du public sont équipés de guichets comprenant chacun une paroi transparente séparant physiquement un agent et un usager. La paroi transparente protège alors l’agent d’une éventuelle contamination ou d’une agression physique. Afin de permettre une communication orale entre l’agent et l’usager, le guichet est équipé d’un système d’interphonie comprenant deux systèmes de réception et d’émission reliés. Un premier système de réception et d’émission est situé d’un côté de la paroi transparente, coté agent, tandis qu’un deuxième est situé côté locuteur, de l’autre côté de la paroi séparatrice. Classiquement, chaque système de réception et d’émission comprend un microphone pour capter la voix d’une personne et d’un hautparleur pour diffuser la voix de l’autre personne.
Le guichet étant généralement, situé dans un espace public, l’usager se trouve souvent entouré de personnes tierces susceptibles d’entendre les paroles de l’agent qui lui sont destinées et diffusées par le hautparleur et cela nonobstant le caractère confidentiel ou personnel qu’elles pourraient présenter.
Il est donc apparu le besoin d’un système d’interphonie qui offre de meilleures conditions de confidentialité ou discrétion.
Présentation de l'invention
Afin d’atteindre ces objectifs, l’invention propose un système acoustique comprenant :
- une enceinte ultrasonore qui comprend au moins deux sources et qui est conçue pour produire un faisceau ultrasonore focalisé ;
- un système de captation qui comprend au moins un microphone et qui est adapté à enregistrer une onde sonore ;
- une unité électronique de commande et de traitement du signal adaptée à piloter l’enceinte de manière à produire un premier son audible dans une zone d’écoute et à extraire de l’onde sonore un second son audible provenant d’une zone de captation superposée au moins en partie à la zone d’écoute.
L’enceinte ultrasonore selon l’invention met à profit les propriétés de non-linéarité acoustique de l’air permettant de recréer du son audible à partir d’ultrasons uniquement. En effet, lorsque deux ondes ultrasonores, constituant un faisceau ultrasonore, émises à un fort niveau sonore (typiquement au-dessus de 100 dB), se propagent dans l’air, elles interagissent en convertissant une partie de leur énergie pour former deux nouvelles ondes dont les fréquences sont, d’une part, la différence entre les deux fréquences ultrasonores et, d’autre part, la somme entre les deux fréquences ultrasonores. Si l’onde « somme » se situe dans le domaine ultrasonore et est donc inaudible, l’onde « différence » se situe dans le domaine audible dès lors que l’écart fréquentiel entre les deux ondes ultrasonores est inférieur à 20 kHz. Ce phénomène non-linéaire, survenant dans l’air, est appelé « l’autodémodulation ». Cet effet acoustique survient en chaque point du faisceau ultrasonore émis par le haut-parleur tant que l’énergie résiduelle des ondes ultrasonores est suffisamment élevée pour le générer. Toutes les ondes audibles démodulées en un point du faisceau se propagent le long de ce dernier et interagissent de façon constructive avec les ondes audibles démodulées au point suivant (leurs amplitudes s’additionnent, on parle d’antenne virtuelle). De ce fait, le faisceau, ou onde, sonore apparaît. Sa directivité est semblable à celle du faisceau ultrasonore, car les ondes audibles démodulées interagissent peu en dehors du faisceau ultrasonore.
Afin de mettre en place un système d’émission ultra-directionnel pour diffuser des signaux audio en exploitant le phénomène d’autodémodulation, la première étape est de translater les signaux audio, traditionnellement compris entre 20 Hz et 20 kHz, dans le domaine ultrasonore. Pour cela, une modulation en amplitude, méthode issue du domaine de la radiodiffusion, est mise en œuvre. Une porteuse ultrasonore (ou signal ultrasonore porteur) est modulée en amplitude par le signal audio appliqué à l’entrée. En résulte un signal modulé en amplitude dont la bande passante, ici au plus de 20kHz, se situe exclusivement dans le domaine ultrasonore. Par exemple, avec une porteuse à 40 kHz, le signal audio à émettre est modulé entre 40 kHz et 60 kHz. Après filtrage et conditionnement, ce signal modulé est transmis à des transducteurs ultrasonores qui entrent en vibration et émettent dans l’air les ondes correspondantes selon un cône de diffusion.
L’onde sonore générée par auto-démodulation dans l’air du faisceau ultrasonore peut donc être focalisée dans une zone très réduite appelée, dans le contexte de l’invention, la zone d’écoute.
Par ailleurs, le système acoustique permet aussi de communiquer avec le locuteur sans que le locuteur ait à manipuler un élément du système acoustique. En effet l’usage d’une enceinte ultrasonore, évite le recours à un écouteur que le locuteur se placerait contre l’oreille pour éviter que des tiers n’entendent le son audible qui lui est destiné. Le système acoustique permet donc de communiquer sans contact avec le locuteur ce qui présente un grand intérêt d’un point de vue hygiénique.
De plus, l’unité électronique est adaptée à extraire de l’onde sonore, enregistrée grâce au système de captation, un second son audible provenant d’une zone de captation superposée à la zone d’écoute. Pour cela, l’unité électronique est par exemple programmée pour mettre en œuvre des méthodes de traitement du signal.
Ceci permet, d’une part, d’assurer la confidentialité du côté du locuteur, l’interlocuteur ne pouvant pas entendre les conversations de personnes situées à proximité du locuteur. Ceci permet, d’autre part, d’améliorer le signal audio transmis à l’interlocuteur puisque les bruits situés hors de la zone de captation ne sont pas extraits.
Superposer la zone d’écoute et la zone de captation permet ainsi de créer une zone de confidentialité où seul le locuteur peut entendre le premier son audible et où seule la voix du locuteur, ici le second son audible, est captée et extraite.
Le système acoustique selon l’invention offre de donc de meilleures conditions de confidentialité que les systèmes connus dans la mesure où, d’une part, il génère un premier son audible seulement dans la zone d’écoute et pas en dehors de celle-ci de sorte que des personnes situées en dehors de cette zone, tout en étant peu éloignées de celle-ci, ne peuvent l’entendre. Et, d’autre part, dans la mesure où la captation privilégiée du son se fait dans la zone d’écoute ou à proximité immédiate de cette dernière de sorte que le locuteur situé dans la zone d’écoute peut parler normalement voire à voix basse sans que cela altère trop la qualité du second son audible qui sera transmis à son interlocuteur par le système acoustique selon l’invention. Cette possibilité de parler à voix basse ou normalement contribue à une certaine discrétion voire confidentialité des échanges entre le locuteur et son interlocuteur.
Selon une caractéristique de l’invention, le système de captation comprend un réseau d’au moins deux microphones. La mise en œuvre d’un réseau de microphones permet de définir une zone de captation réduite. En effet, grâce au réseau de microphones, l’unité électronique peut cibler la zone de captation dans une région d’intérêt et extraire un son audible uniquement de cette zone de captation, par exemple par formation de voie. La zone de captation peut ainsi être superposé avec la zone d’écoute uniquement autour du locuteur. Cela permet ainsi d’augmenter la confidentialité du système et de réduire les traitements nécessaires à la réduction du bruit et la sélection du signal d’intérêt.
Selon une autre caractéristique de l’invention, chaque microphone est un microphone directif choisi dans le groupe constitué des microphones supercardioïdes, hypercardioïdes ou ultracardioïdes. De tels microphones ayant par construction une zone de captation spatialement réduite, la zone de captation peut être ciblée et limitée spatialement, typiquement autour de la tête du locuteur. Cela permet de superposer la zone de captation avec la zone d’écoute uniquement autour du locuteur, ce qui augmente la confidentialité du système et simplifie le traitement du signal.
Selon une caractéristique de l’invention, le système acoustique comprend des moyens de réduction d’un bruit. Ces moyens de réduction du bruit permettent, lors de l’enregistrement de l’onde sonore et lors de l’extraction du second son audible, de réduire l’intensité des signaux dégradant le second son audible, c’est-à-dire l’intensité du signal représentatif du bruit présent dans le milieu, du signal représentatif du faisceau ultrasonore et du signal représentatif de l’onde démodulée.
En effet, en pratique, le locuteur est situé dans un environnement sonore et ultrasonore. De plus, pour garder un système acoustique compact, le microphone est souvent placé à proximité de l’enceinte.
Le très fort niveau ultrasonore, c’est-à-dire la pression acoustique élevée, généré par l’enceinte peut alors être supérieur à la tolérance du microphone. Cela peut saturer le signal acquis par le microphone, et donc détériorer ce signal. Un niveau ultrasonore élevé peut même aller jusqu’à l’endommagement du microphone.
Les signaux ultrasonores émis par l’enceinte directionnelle ont aussi une fréquence plus élevée que la fréquence d’échantillonnage du microphone. Les signaux ultrasonores sont donc repliés spectralement dans le spectre audible et ajoutent du bruit au signal acquis par le microphone, rendant plus compliquée la communication en dégradant l’intelligibilité du signal vocal.
Enfin, la démodulation du faisceau ultrasonore apparaît dès le point d’émission des signaux, donc à la surface de l’enceinte. Le microphone est donc soumis à la fois au champ acoustique ultrasonore mais également au champ acoustique démodulé. De plus, ces les ondes sonores et ultrasonores peuvent se réfléchir sur la tête du locuteur, sur l’enceinte ou sur d’autres surfaces, ce qui contribue à perturber l’enregistrement du signal.
Le signal enregistré par le réseau de microphone comprend donc :
- un signal représentatif du faisceau ultrasonore émis par l’enceinte ;
- un signal représentatif de l’onde sonore démodulée ;
- un signal représentatif du bruit présent dans le milieu ;
- un signal d’intérêt représentatif du son à capter, par exemple émis par le locuteur.
La mise en œuvre les moyens de réduction du bruit permet donc d’isoler le signal d’intérêt ou tout au moins d’augmenter son niveau par rapport à celui du bruit.
Selon une variante de cette caractéristique, les moyens de réduction comprennent un matériau absorbant, entourant au moins partiellement chaque microphone, de manière à isoler chaque microphone du faisceau ultrasonore. Ici, les moyens de réductions du bruit permettent donc de réduire efficacement l’intensité du signal représentatif du faisceau ultrasonore en évitant le repliement spectral de ce faisceau. De plus, cela permet de réduire la pression acoustique ultrasonore qui peut saturer et/ou détériorer les microphones.
Selon une alternative de cette variante, le matériau absorbant est une mousse d’isolation phonique pour ultrasons. De telles mousses sont simples à façonner, il est ainsi aisé de leur donner une forme spécifique, par exemple un cylindre creux dans lequel est inséré un microphone, tout en conservant leurs propriétés d’atténuation. Ces mousses permettent donc une grande variété de conceptions.
Selon une autre alternative de cette variante, le matériau absorbant est un métamatériau acoustique, en anglais « acoustic metamaterial ». Les métamatériaux permettent de diffracter le faisceau ultrasonore de manière à créer des interférences destructrices. Ils sont très efficaces pour isoler du faisceau ultrasonore un endroit localisé de l’espace. Ici un microphone est avantageusement situé dans cet endroit localisé de l’espace.
Selon une autre variante de cette caractéristique, les moyens de réduction comprennent au moins un filtre passe-bas connectant chacun un microphone et l’unité électronique. Grâce aux filtres passe-bas, une partie des fréquences ultrasonores acquises par le transducteur est supprimée. Cela permet de réduire l’intensité du signal représentatif du faisceau ultrasonore. Ce filtrage peut, par exemple, être réalisé dans le domaine analogique, avant une conversion analogique-numérique du signal enregistré par le microphone et/ou dans le domaine numérique après conversion du signal enregistré par le microphone.
Selon une alternative de cette variante, chaque filtre est un filtre passif comprenant au moins une résistance et au moins un condensateur et/ou une bobine. De tels filtres passifs sont simples à concevoir et à mettre en place.
Selon une autre alternative de cette variante, la fréquence de coupure de chaque filtre est comprise entre 16 kHz et 40 kHz, ce qui permet de filtrer les fréquences non audibles.
Selon encore une autre caractéristique de l’invention, la bande de captation de chaque microphone est comprise entre 100 Hz et 20 kHz. Les microphones sont ainsi conçus pour capter majoritairement des sons audibles produits par un locuteur. Ainsi, dans le signal délivré par chaque microphone, l’intensité du signal représentatif du faisceau ultrasonore est ainsi inférieure à celles des autres signaux, notamment à celle du signal d’intérêt.
Selon une caractéristique de l’invention, le système acoustique comprend un support pourvu d’une face avant orientée vers la zone d’écoute, l’enceinte et le système de captation étant agencés sur cette face avant. Le système acoustique peut donc être conçu de façon compacte tout en étant orienté, en émission et en réception, vers le locuteur.
Selon une variante de cette caractéristique, et lorsque le système d’acquisition comprend plusieurs microphones, ces derniers sont disposés à équidistance du centre de l’enceinte. Le réseau de microphones est donc disposé pour extraire un signal audible dans l’axe de l’enceinte. En d’autres termes, la direction principale de la zone d’écoute est ainsi confondue par conception avec la direction principale de la zone de captation.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le réseau comprend entre trois et huit microphones. Cela permet une triangulation de l’onde sonore enregistrée par les microphones. L’ajustement de la zone de captation peut alors se faire dans les trois dimensions de l’espace.
Selon encore une autre caractéristique de l’invention, l’unité électronique est adaptée à appliquer à l’onde sonore une réduction active d’un bruit généré par l’enceinte lors de l’extraction du second son audible. Ce traitement du signal permet, lors de l’extraction du second son audible, c’est-à-dire du signal d’intérêt, de réduire l’intensité du signal représentatif du faisceau ultrasonore et du signal représentatif du bruit. En effet, par exemple, le faisceau ultrasonore est prédéterminé puisqu’il constitue la porteuse du message à faire passer au locuteur. En estimant la fonction de transfert de l’enceinte, il est possible d’estimer le contenu fréquentiel du faisceau ultrasonore et de le prendre en compte.
Selon encore une autre caractéristique de l’invention, l’unité électronique est adaptée à appliquer à l’onde sonore un facteur de correction représentatif du premier son audible lors de l’extraction du second son audible. En effet, le signal sonore démodulé est prédéterminé, c’est-à-dire ici connua prioripuisqu’il constitue le message à destination locuteur utiliser pour générer le signal ultrasonore alimentant l’enceinte ultrasonore. Il est donc possible de le prendre en comptea posterioripour le supprimer du signal enregistré par les microphones et ainsi d’isoler le signal d’intérêt.
Selon une caractéristique de l’invention, l’unité électronique est conçue pour appliquer à l’onde sonore une suppression d’un écho non linéaire. En effet, des perturbations non linéaires, mécaniques ou électroniques, peuvent apparaitre entre l’enceinte et les microphones générant un écho de la voix du locuteur réémis par l’enceinte. Supprimer cet écho non linéaire améliore le signal sonore perçu par le locuteur.
Selon une autre caractéristique de l’invention, le système acoustique comprend un moyen de localisation en temps réel d’un locuteur et d’ajustement de la zone d’écoute et de la zone de captation autour de la tête du locuteur. Cela permet par exemple d’ajuster automatiquement la zone d’écoute autour du visage du locuteur et aussi d’ajuster automatiquement la zone de captation pour qu’elle soit superposée avec la zone d’écoute.
L’invention propose également un système de communication confidentiel et sans contact comprenant un système acoustique tel que décrit ci-dessus.
Grâce à ce système de communication, deux personnes isolées physiquement, voire éloignées, l’une de l’autre peuvent communiquer de manière confidentielle, sans contact entre elles, et sans contact avec le système acoustique.
Avantageusement, le système de captation décrit ci-dessus permet de renforcer le rapport signal-sur-bruit de la voix captée. Le locuteur peut donc parler à un niveau sonore suffisamment faible pour assurer la confidentialité des échanges.
Ce système de communication peut aussi être utilisé pour capturer une commande vocale d’un locuteur, par exemple dans un véhicule automobile, et la transmettre à un interpréteur (c’est-à-dire à une application de reconnaissance vocale) puis à un réseau pour être traitée.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Par ailleurs, diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description annexée effectuée en référence aux dessins qui illustrent des formes non limitatives de réalisation d’un système acoustique conforme à l'invention.
Description détaillée de l'invention
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
est une représentation schématique de face d’un système acoustique selon l’invention ;
est une représentation schématique en coupe, selon le plan AA de la figure 1, d’un diagramme de rayonnement et d’une zone d’écoute du système acoustique de la figure 1 ;
est une représentation schématique en coupe, selon le plan AA de la figure 1, d’une zone de captation du système acoustique de la figure 1 ;
est une représentation schématique en coupe, selon le plan AA de la figure 1, d’une situation où la zone de captation de la figure 3 est superposée avec la zone d’écoute de la figure 2 ;
est une représentation schématique en coupe, selon le plan AA de la figure 1, du système acoustique de la figure 1 comprenant des moyens de réduction du bruit ;
est une représentation schématique en coupe, selon le plan AA de la figure 1, du système acoustique de la figure 1 comprenant d’autres moyens de réduction du bruit ;
est une représentation schématique d’un système de communication comprenant le système acoustique de la figure 1 selon un premier mode de réalisation ; et
est une représentation schématique d’un système de communication comprenant le système acoustique de la figure 1 selon un deuxième mode de réalisation.
Il est à noter que sur ces figures les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différentes variantes peuvent présenter les mêmes références.
Un système acoustique selon l’invention, tel que représenté à la figure 1 et désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend une enceinte ultrasonore 10 constituée d’au moins deux sources ultrasonores (non représentées). Le système acoustique 1 comprend également un système de captation 20 qui comprend ici un réseau de six microphones 21 dont seulement sont visibles aux figures 2 à 6.
Toutefois, selon d’autres modes de réalisation, le système de captation peut comprendre un seul microphones ou un réseau de seulement deux microphones.
Le système acoustique 1 comprend aussi une unité électronique de commande et de traitement du signal 30. L’unité électronique 30 est adaptée à piloter l’enceinte ultrasonore 10 de manière à produire un premier son audible dans une zone d’écoute. L’unité électronique 30 est raccordée au système de captation et conçue pour extraire de l’onde sonore, captée par ce dernier, un second son audible provenant d’une zone de captation superposée au moins en partie à la zone d’écoute.
L’enceinte ultrasonore 10 directionnelle peut être réalisée de toute manière approprié connue de l’homme du métier et, par exemple, comme cela est décrit dans le document FR3020231.
Dans le cas présent, l’enceinte 10 comprend une série de sources ultrasonores comprenant des transducteurs piézoélectriques. Les sources sont alimentées par des moyens d’alimentation assurant le traitement d’un signal audio d’entrée. Les moyens d’alimentation sont ici compris dans l’unité électronique 30. Les moyens d’alimentation sont adaptés pour générer à partir du signal audio d’entrée autant de signaux d’alimentation que l’enceinte 10 comprend de sources ultrasonores. Les moyens d’alimentation peuvent notamment être constitués par un processeur de traitement du signal dédié mais aussi par tout autre système de traitement du signal adapté résultant de l’assemblage de composants électroniques discrets et/ou intégrés.
L’enceinte 10 est donc conçue pour produire un faisceau ultrasonore 40 directionnel qui est une combinaison de plusieurs ondes ultrasonores produites par les différentes sources de l’enceinte 10. Le faisceau ultrasonore 40 est schématiquement représenté en figure 2 par son diagramme de rayonnement. Le diagramme de rayonnement représente par exemple le volume, ici la surface dans le plan de la figure 2, dans lequel l’intensité du faisceau ultrasonore 40 est supérieure à 50% de l’intensité maximum.
Comme expliqué en introduction, la démodulation dans l’air du faisceau ultrasonore 40 produit une onde sonore audible focalisée appelée ici premier son audible. Le premier son est qualifié « d’audible » lorsque les fréquences qui le composent sont perceptibles par l’oreille humaine. On entend ici par focalisé qu’une onde ou un faisceau présente une direction principale de propagation de l’énergie acoustique. Ici, focalisé signifie donc émis dans une direction particulière.
L’unité électronique de commande et de traitement du signal 30 est ici adaptée à piloter l’enceinte 10 de manière à produire le premier son audible dans une zone d’écoute 45. Pour cela, l’unité électronique 30 comprend au moins un processeur et une mémoire. Des instructions, enregistrée sur la mémoire, peuvent être exécutées par le processeur. L’unité électronique 30 est donc ici programmée pour piloter l’enceinte 10.
Comme le montre la figure 2, la zone d’écoute 45 est située à une distance déterminée de l’enceinte 10. Ici, la zone d’écoute 45 est située entre quelques dizaines de centimètres et quelques mètres de l’enceinte 10 et de préférence entre 1 m et 2 m. Ici, la zone d’écoute 45 est centrée autour d’un axe A1 de l’enceinte 10. L’axe A1 de l’enceinte 10 est ici l’axe qui passe par le centre 12 de la surface émettrice 13 de l’enceinte 10 et qui est orthogonal à la surface émettrice 13.
La zone d’écoute 45 définit le volume de l’espace dans lequel un auditeur, le locuteur dans le contexte de l’invention, peut percevoir le premier son audible. Hors de la zone d’écoute 45, un auditeur perçoit le premier son audible de manière déformée ou très atténuée voire ne peut entendre le premier son, selon sa position par rapport à la zone d’écoute. Comme représenté en figure 2, la position de la zone d’écoute 45 est ajustable spatialement, par exemple dans une direction sensiblement orthogonale à l’axe A1 de l’enceinte 10. Pour cela, l’unité électronique 30 peut appliquer des déphasages et des gains spécifiques à chacune des sources de l’enceinte 10.
Les dimensions de la zone d’écoute 45 peuvent aussi être ajustées par des déphasages et des gains spécifiques à chacune des sources de l’enceinte 10. La zone d’écoute 45 peut par exemple être réduite à un volume de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres de large pour englober au plus près la tête du locuteur. Ainsi, seul le locuteur est en mesure de percevoir le premier son audible.
Comme le montrent par exemple les figures 1, 2 et 3, le système acoustique 1 comprend ici un support 60 pourvu d’une face avant 61. L’enceinte 10 et le système de captation 20 sont agencés sur la face avant 61. Le support 60 est par exemple un caisson dans lequel est incluse l’unité électronique 30. Le support 60 est par exemple réalisé en matière plastique. Le support 60 permet aussi de protéger l’unité électronique 30. Comme le montre la figure 2, la face avant 61 est orientée vers la zone d’écoute 45.
Comme cela ressort plus particulièrement de la figure 1, le système de captation 20 comprend un réseau de six microphones 21 conçu pour enregistrer une onde sonore.
Grâce au réseau de microphones 21, l’unité électronique 30 peut extraire de l’onde sonore un second son audible provenant d’une zone de captation 55. Le second son audible est par exemple ici la voix du locuteur lorsque ce dernier, ou au moins sa bouche, est situé dans la zone de captation 55.
L’onde sonore enregistrée par un microphone 21 du réseau est convertie en un signal enregistré comprenant :
- un signal ultrasonore représentatif du faisceau ultrasonore 40 émis par l’enceinte 10 ;
- un signal démodulé représentatif de l’onde sonore démodulée ;
- un signal de bruit représentatif du bruit présent dans le milieu ;
- un signal d’intérêt représentatif du son à capter, par exemple émis par le locuteur, c’est-à-dire ici du second son audible.
Il convient d’isoler, dans le signal enregistré, le signal d’intérêt pour pouvoir retranscrire ou écouter de façon claire et précise le second son audible. Le signal d’intérêt doit donc être séparé ou isolé du signal ultrasonore, du signal démodulé et du signal de bruit.
Pour extraire le second son audible uniquement de la zone de captation 55, l’unité électronique 30 est ici programmée pour mettre en œuvre la méthode de formation de voies, plus connue sous le nom anglosaxon de « beamforming ». La formation de voies est basée sur la détermination de délais entre les différents signaux captés par les différents microphones de manière à remettre les signaux en phase. Les délais permettent ensuite de déterminer une direction d’incidence de l’onde sonore.
La formation de voies est ici réalisée en combinant les signaux captés par les différents microphones 21 de manière à ce que dans des directions particulières les signaux interfèrent de façon constructive tandis que dans d’autres directions les signaux interfèrent de façon destructive. Les interférences sont par exemple réalisées par corrélation des signaux.
Ici, sur la figure 3, la direction particulière selon laquelle les signaux interfèrent constructivement est l’axe A1 de l’enceinte 10. La direction particulière définit une zone de captation 55 de forme conique dans laquelle un son audible est intelligible. Ici, un son audible est intelligible par exemple lorsque le rapport signal sur bruit est supérieur à une valeur seuil. La zone de captation 55 dépend aussi des performances intrinsèques des microphones 21. En effet, les microphones 21 ont une portée et une directivité propre.
Comme le montre la figure 3, la position de la zone de captation 55, peut être ajustée, par exemple dans une direction orthogonale à l’axe A1 de l’enceinte 10. Cet ajustement est ici réalisé de façon électronique par l’unité électronique 30 en appliquant des déphasages ou des lois de retard aux signaux captés par les différents microphones 21 du réseau. De préférence, la largeur de la zone de captation 55 est prédéterminée de sorte qu’elle corresponde à une largeur de tête moyenne d’un locuteur situé à une distance déterminée de l’enceinte 10, par exemple à 1 m.
La zone de captation 55 est donc ici définie comme le volume de l’espace dans lequel l’unité électronique 30 extrait des sons audibles, en particulier le second son audible.
Ici, comme le montre la figure 4, la zone de captation 55 est superposée, au moins en partie à la zone d’écoute 45. Pour cela, les positions de la zone d’écoute 45 et de la zone de captation 55 peuvent être ajustées comme décrit précédemment. Le locuteur L, placé dans la zone d’écoute 45, ici vers le centre de la zone d’écoute 45, est alors aussi placé dans la zone de captation 55.
Superposer la zone de captation 55 avec la zone d’écoute 45, par exemple en utilisant la méthode de formation de voie, dans laquelle se trouve le locuteur L permet une première isolation du signal d’intérêt appelée isolation spatiale. En effet, des sons audibles extérieurs à la zone de captation 55 pouvant être captés par les microphones ne sont pas extraits de l’onde sonore. Cela permet donc de réduire, dans le signal enregistré, le signal de bruit représentatif du bruit présent dans le milieu. Cela permet aussi d’isoler le second son audible d’un son émis par un autre locuteur situé hors de la zone de captation 55. En d’autres termes, le bruit présent dans le milieu où se situe le locuteur n’est pas, ou faiblement, capté et enregistré. Le signal d’intérêt est donc isolé du signal de bruit, le bruit pouvant comprendre des sons audibles produits par des personnes situées hors de la zone de captation 55.
Ici, le réseau comprend entre trois et huit microphones 21, par exemple six microphones 21 comme illustré en figure 1.
Un réseau de trois microphones 21 présente l’avantage, si les microphones ne sont pas alignés, de permettre une triangulation pour déterminer la zone dont le son provient. Cette triangulation est par exemple basée sur une corrélation des signaux captés par chaque microphones 21.
Avoir plus de trois microphones 21, permet d’ajuster dans les trois dimensions de l’espace la zone de captation 55. Plus le nombre de microphones est important plus les dimensions de la zone de captation 55 peuvent être petites, c’est-à-dire plus le cône illustré en figure 3 est fin. Grâce à un réseau comprenant entre trois et huit microphones 21, la zone de captation 55 peut ainsi être réduite autour de la tête ou même de la bouche du locuteur. Pour limiter l’encombrement, le réseau est ici limité à huit microphones 21.
Dans un mode de réalisation le système de captation comprend un nombre réduit de microphones, par exemple un microphone ou un réseau de deux microphones. Dans ce cas chaque microphone est, de préférence un microphone directif, par exemple, supercardioïde, hypercardioïde ou ultracardioïde. Cela permet d’augmenter la directivité du système de captation, c’est-à-dire de réduire les dimensions latérales de la zone d’écoute. La zone de captation peut donc être superposée à la zone d’écoute dans un volume limité, ici autour de la tête du locuteur, malgré le nombre réduit de microphones.
Comme illustré en figure 1, les microphones 21 sont disposés à équidistance du centre 12 de l’enceinte 10. Les microphones 21 sont plus spécifiquement disposés à équidistance du centre 12 de la surface émettrice 13. Ainsi, la zone de captation 55 est centrée, par conception, autour de l’axe A1 de l’enceinte 10, et donc autour du centre de la zone d’écoute 45. Le réseau de microphones 21 est donc disposé pour extraire de façon préférentielle un signal audible dans l’axe A1 de l’enceinte 10.
De plus, les microphones 21 peuvent être disposés à équidistance les uns des autres, cela permet notamment d’ajuster la zone de captation 55 de façon équivalente, c’est-à-dire avec un rapport signal sur bruit identique, dans toutes les directions orthogonales à l’axe A1 de l’enceinte 10.
Ici, la bande de captation, ou bande passante, de chaque microphone est comprise entre 100 Hz et 20 kHz. De préférence, la bande passante de chaque microphone est limitée, en borne supérieure, à 16 kHz, ce qui est d’après les normes standards en téléphonie la fréquence maximum d’un signal représentant une voix, voire même à 12 kHz.
Pour mieux isoler le signal d’intérêt, le système acoustique 1 comprend des moyens de réduction d’un bruit. Ici, par réduction d’un bruit, on entend réduire le bruit dans le signal enregistré et non pas réduire la source du bruit. Le bruit peut être un bruit sonore ou ultrasonore. Un bruit ultrasonore est par exemple ici le faisceau ultrasonore lui-même.
Les moyens de réduction du bruit sont ici classés en deux catégories : des moyens de réduction physique qui interviennent avant une conversion analogique-numérique du signal enregistré par les microphones et des moyens de réduction numérique qui interviennent après une conversion analogique-numérique du signal enregistré.
Les moyens de réduction physique permettent de limiter le bruit capté avant que le signal soit numérisé. Grâce aux moyens de réduction physique, le signal enregistré est en majorité composé par le signal d’intérêt. Les moyens de réduction physique permettent une deuxième isolation du signal d’intérêt, appelée isolation physique. En effet, réduire le bruit permet donc de réduire, dans le signal enregistré, le signal ultrasonore, le signal de bruit et le signal démodulé, puisque ces derniers ne sont pas, ou faiblement, captés et enregistrés.
Comme le montre la figure 5, les moyens de réduction physique comprennent ici un matériau absorbant 70, entourant au moins partiellement chaque microphone 21, de manière à isoler chaque microphone 21 du faisceau ultrasonore
Le matériau absorbant 70 réduit l’exposition des microphones 21 aux ultrasons. Cela diminue la pression acoustique, qui peut être forte au niveau de l’enceinte 10, sur les microphones 21 et le risque de saturation de ces derniers.
De plus, dans un mode de réalisation où microphones comprennent un convertisseur analogique-numérique intégré, par exemple lorsque les microphones utilisés sont des microsystèmes électromécaniques, le matériau absorbant permet aussi de limiter le repliement spectral du faisceau ultrasonore dans les fréquences audibles.
Le matériau absorbant 70 permet donc de positionner les microphones 21 relativement près de l’enceinte 10 de manière à obtenir un système acoustique 1 compact.
Selon l’exemple illustré, le matériau absorbant 70 forme un tube dans lequel un microphone 21 est inséré. Ici, l’axe du tube est parallèle à l’axe A1 de l’enceinte 10. Cela permet d’une part d’atténuer le faisceau ultrasonore se propageant vers les microphones 21 et d’autre part de laisser passer le son audible provenant de la zone de captation 55 sans le dégrader.
En variante, on pourrait prévoir que le matériau absorbe aussi en partie les sons audibles pour isoler les microphones du signal démodulé dès la surface de l’enceinte.
En variante, on pourrait prévoir que le matériau absorbant entoure complètement chaque microphone ou encore que chaque microphone soit placé dans une cavité aménagée dans le matériau absorbant.
Le matériau absorbant 70 est par exemple une mousse d’isolation phonique pour ultrasons. La mousse d’isolation phonique est par exemple réalisée en mélamine ou en polyuréthane. La mousse d’isolation phonique peut par exemple être conçue pour absorber les fréquences supérieures à 20 kHz. La mousse peut être façonnée avec des reliefs pour augmenter sa réflectivité.
La mousse d’isolation phonique est de préférence sur le microphone devant sa membrane, c’est-à-dire devant le transducteur piézoélectrique. Cela permet de protéger le microphone d’ultrasons provenant de différentes directions, par exemple lorsque le faisceau ultrasonore est réfléchi.
Le matériau absorbant 70 est par exemple un métamatériau acoustique tel qu’un cristal sonique ou un cristal phonique. Le matériau absorbant 70 est alors par exemple un maillage régulier, par exemple fait de tubes de faible diamètre, présentant des bandes interdites qui empêchent la transmission d’ondes à certaines fréquences. La fréquence centrale d’une bande interdite peut être modifiée en fonction du dimensionnement du métamatériau, par exemple en modifiant la répartition des tiges ou leur épaisseur ou encore le métal utilisé. Ici, le métamatériau acoustique est conçu pour bloquer la transmission du faisceau ultrasonore par exemple en bloquant les fréquences supérieures à 20 kHz.
Comme le montre la figure 6, les moyens de réduction physique comprennent aussi des filtres passe-bas 71 connectant chaque microphone 21 et l’unité électronique 30. Les filtres passe-bas 71 connectent plus spécifiquement les transducteurs piézoélectriques compris dans les microphones 21 et l’unité électronique 30.
Les filtres sont ici des filtres analogiques réalisés avec des composants discrets. Chaque filtre 71 est par exemple un filtre passif de type RC comprenant au moins une résistance et un condensateur ou un filtre de type RL comprenant au moins une résistance et une bobine, aussi appelée inductance. Chaque filtre 71 est ainsi par exemple un filtre du premier ordre. Il est aussi prévu que les filtres puissent être des filtres passifs de type RLC du deuxième ordre. Enfin, les filtres 71 peuvent aussi être composés de filtres du premier et/ou du deuxième ordre montés en cascade.
Ici, les filtres passe-bas 71 filtrent les hautes fréquences situées hors du domaine audible que les microphones 21 captent. Les fréquences filtrées sont ici celles situées dans la portion supérieure de la bande passante des microphones 21.
Pour cela, la fréquence de coupure de chaque filtre est comprise entre 16 kHz et 40 kHz. En effet, d’après les normes standard en téléphonie, 16 kHz est la fréquence maximum d’un signal représentant une voix, les fréquences supérieures peuvent donc être filtrées.
Les moyens de réduction numérique, non représentés, sont basés sur des méthodes de traitement du signal mises en œuvre par l’unité électronique 30 pour séparer le signal d’intérêt du signal enregistré. Les moyens de réduction numérique permettent une troisième isolation du signal d’intérêt, appelée isolation électronique.
L’unité électronique 30 est ici adaptée à mettre en œuvre les méthodes de traitement du signal décrites ci-dessous. On entend ici par « adaptée » que l’unité électronique 30 est programmée pour traiter le signal enregistré, de façon autonome ou de façon supervisée par un utilisateur.
L’unité électronique 30 est par exemple adaptée à appliquer à l’onde sonore, c’est-à-dire au signal enregistré, une réduction active d’un bruit généré par l’enceinte lors de l’extraction du second son audible. La réduction active d’un bruit peut par exemple consister à estimer au préalable le comportement des microphone 21 en réponse aux ultrasons émis par l’enceinte 10 pour déterminer des fonctions de corrections utilisées pour débruiter le signal. La réduction active d’un bruit peut aussi consister à mettre en œuvre des algorithmes connus d’extraction de voix.
Ce traitement du signal, qui est appliqué au signal enregistré, est basé sur la connaissance du signal d’entrée. Le signal d’entrée est déterminé et permet par exemple d’estimer le contenu fréquentiel du faisceau ultrasonore. Il est ici prévu d’estimer ce contenu fréquentiel et la façon dont il peut se replier spectralement
En particulier, l’unité électronique 30 est ici adaptée à appliquer à l’onde sonore, c’est-à-dire au signal enregistré, un facteur de correction représentatif du premier son audible lors de l’extraction du second son audible.
Le premier son audible, produit par démodulation du faisceau ultrasonore est en effet déterminé : il représente le son à transmettre au locuteur situé dans la zone d’écoute 45. Ici, le facteur de correction est déterminé sur la base du signal d’entrée et/ou premier son audible. On peut ensuite par exemple prévoir de soustraire le facteur de correction au signal enregistré. Le signal d’intérêt est alors isolé du signal démodulé puisque ce dernier est supprimé du signal enregistré. Ces opérations sont de préférences effectuées dans le domaine fréquentiel.
Le signal démodulé peut être déterminé par un modèle théorique, tel que des équations de Berktay, qui indique comment les composantes fréquentielles du signal ultrasonore se démodulent (leurs amplitudes relatives par exemple), et qui prédit les distorsions harmoniques et d’intermodulation entre ces composantes. De plus, en prenant en compte la fonction de transfert des transducteurs sur le signal ultrasonore, le signal démodulé peut être déterminé très précisément.
L’unité électronique 30 est par exemple aussi adaptée à appliquer à l’onde sonore, c’est-à-dire au signal enregistré, une suppression d’un écho non linéaire. Les techniques de surpression d’écho, couramment appelées « acoustic echo suppression » ou « acoustic echo cancellation » en anglais, sont connues dans le domaine de la téléphonie. Cela permet ici au locuteur de ne pas entendre un écho de sa propre voix réémis par l’enceinte 10.
Selon l’exemple illustré, le système acoustique 1 comprend, en outre, un moyen (non représenté) de localisation en temps réel du locuteur et d’ajustement de la zone d’écoute 45 et de la zone de captation 55 autour de la tête du locuteur. La localisation peut être basée sur l’émission d’un front d’onde et la réception d’un écho à la manière d’un sonar. La localisation peut aussi être basée sur l’utilisation de capteurs optiques, par exemple utilisés pour mesurer le temps de vol d’une impulsion lumineuse, ou thermiques. L’ajustement de la zone d’écoute 45 et de la zone de captation 55 peut ensuite être réalisé de manière automatique par l’unité électronique 30, par exemple en définissant des déphasages et des lois de retard appropriés.
La mise en œuvre du système acoustique 1 permet de réaliser un système de communication 2 confidentiel et sans contact. En effet, le système acoustique 1 étant focalisé en réception et en émission, le système de communication 2 permet de communiquer un message uniquement au locuteur situé dans la zone d’écoute 45, c’est-à-dire à distance du système acoustique 1, et de capter uniquement la voix du locuteur L car la zone de captation 55 est en partie superposée avec la zone d’écoute 45 (comme illustré en figure 4). Le volume compris à la fois dans la zone d’écoute et dans la zone de captation définit alors une zone de confidentialité 50 pour le locuteur L. Le système de communication 2 est donc confidentiel et sans contact pour le locuteur L situé en dans la zone de confidentialité 50, c’est-à-dire ici en face de l’enceinte 10, par exemple ici sur l’axe A1 de l’enceinte 10.
Le système de communication 2 peut par exemple être utilisé dans une borne intelligente. Par exemple, dans une banque, un distributeur équipé du système de communication 2 peut permettre à un locuteur mal voyant d’effectuer des opérations par des commandes vocales de façon confidentielle. Le système de communication 2 peut aussi être utilisé comme un kit main libre, par exemple dans un véhicule pour qu’un conducteur puisse passer des appels de façon confidentiel.
Selon l’exemple de mise en œuvre illustré à la figure 7, afin de permettre au locuteur L de communiquer avec un interlocuteur U, le système de communication 2 comprend un casque 80 et un microphone 81, relié à l’unité électronique 30. Le casque 80 et le microphone 81 peuvent être reliés à l’unité électronique 30 de façon filaire, par exemple au moyen d’une interface de type USB, ou radio, par exemple par la mise en œuvre d’un protocole de type Bluetooth ou DECT.
L’interlocuteur U utilise alors le casque 80 et le microphone 81 pour converser avec le locuteur L qui lui utilise le système acoustique 1. Selon l’exemple illustré, l’interlocuteur U et le locuteur L sont séparés par une paroi transparente telle qu’une vitre 90. Un tel système de communication 2, illustré en figure 7, peut par exemple être utilisé à un guichet d’hôpital. La vitre 90 protège ainsi l’interlocuteur U contre une projection de germes pathogènes ou contre une agression physique. Le système acoustique 1 est alors situé d’un côté de la vitre 90, ici du côté locuteur, en étant fixé à cette dernière. Le casque 80 et le microphone 81 sont situés de l’autre côté de la vitre 90, côté interlocuteur, où ils assurent la confidentialité de la conversation.
Coté locuteur, la zone de confidentialité 50 peut être matérialisée par un marquage au sol. Le marquage est réalisé de telle sorte que la tête du locuteur L en position debout soit située dans la zone de confidentialité 50.
Il est à noter que le dispositif de restitution du son en provenance de la zone d’écoute n’est pas nécessairement un casque mais peut être un hautparleur classique. Si l’interlocuteur est seul situé dernière la vitre, la conversation est tout de même confidentielle. En variante, on peut aussi prévoir que les deux parties du système de communication, le casque et le microphone et le système acoustique, soient positionnées à plusieurs mètres d’écart, comme dans le cas d’un interphone.
Le système de communication 2 peut alors être « half-duplex », c’est-à-dire pouvant transmettre un message soit de l’interlocuteur U au locuteur L soit du locuteur L à l’interlocuteur U, ou « full-duplex », c’est-à-dire pouvant transmettre dans les deux sens de façon simultanée.
Selon une variante de réalisation plus particulièrement illustrée à la figure 8, le système de communication 2 comprend deux systèmes acoustiques 1. Suivant l’exemple du guichet d’hôpital, chaque système acoustique 1 peut par exemple être fixé d’un côté de la vitre 90. Chaque système acoustique 1 définit alors une zone de confidentialité 50 dans laquelle se trouve soit le locuteur L soit l’interlocuteur U.
Le système de communication 2 permet ainsi à deux personnes isolées physiquement l’une de l’autre de communiquer de manière confidentielle, sans contact entre elles ni avec le système de communication 2. Chaque interlocuteur a ainsi à sa disposition une source de restitution du son et un système de captation du son qui n’ont pas besoin d’être manipulés. Le système de communication 2 est donc confidentiel et sans contact pour le locuteur L et pour son interlocuteur U.
Le système de communication 2 confidentiel et sans contact trouve une application particulière dans toutes les situations où la confidentialité est primordiale, par exemple à un poste de douane ou d’immigration d’un aéroport, à la caisse d’un magasin ou au guichet d’une banque. De plus, grâce au système acoustique 1, le système de communication 2 permet des échanges avec une bonne qualité audio.
La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.

Claims (15)

  1. Système acoustique (1) comprenant :
    - une enceinte ultrasonore (10) qui comprend au moins deux sources et qui est conçue pour produire un faisceau ultrasonore (40) focalisé ;
    - un système de captation (20) qui comprend au moins un microphone (21) et qui est adapté à enregistrer une onde sonore ;
    - une unité électronique de commande et de traitement du signal (30) adaptée à piloter l’enceinte (10) de manière à produire un premier son audible dans une zone d’écoute (45) et à extraire de l’onde sonore un second son audible provenant d’une zone de captation (55) superposée au moins en partie à la zone d’écoute (45).
  2. Système acoustique (1) selon la revendication 1, dans lequel le système de captation comprend un réseau d’au moins deux microphones (21).
  3. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel chaque microphone est un microphone directif choisi dans le groupe constitué des microphones supercardioïdes, hypercardioïdes ou ultracardioïdes.
  4. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant des moyens de réduction d’un bruit.
  5. Système acoustique (1) selon la revendication 4, dans lequel les moyens de réduction comprennent un matériau absorbant (70), entourant au moins partiellement chaque microphone (21), de manière à isoler chaque microphone (21) du faisceau ultrasonore.
  6. Système acoustique (1) selon la revendication 5, dans lequel le matériau absorbant (70) est une mousse d’isolation phonique pour ultrasons.
  7. Système acoustique (1) selon la revendication 5, dans lequel le matériau absorbant (70) est un métamatériau acoustique.
  8. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel les moyens de réduction comprennent au moins un filtre passe-bas (71) connectant chacun un microphone (21) et l’unité électronique (30).
  9. Système acoustique (1) selon la revendication 8, dans lequel chaque filtre (71) est un filtre passif comprenant au moins une résistance et au moins un condensateur et/ou une bobine.
  10. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 9, comprenant un support (60) pourvu d’une face avant (61) orientée vers la zone d’écoute (45), l’enceinte (10) et le système de captation (20) étant agencés sur la face avant (61).
  11. Système acoustique (1) selon la revendication 10 et la revendication 2, dans lequel les microphones (21) sont disposés à équidistance du centre (12) de l’enceinte (10).
  12. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel, l’unité électronique (30) est adaptée à appliquer à l’onde sonore une réduction active d’un bruit généré par l’enceinte lors de l’extraction du second son audible.
  13. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’unité électronique (30) est adaptée à appliquer à l’onde sonore un facteur de correction représentatif du premier son audible lors de l’extraction du second son audible.
  14. Système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 13, comprenant un moyen de localisation en temps réel d’un locuteur (L) et d’ajustement de la zone d’écoute (45) et de la zone de captation (55) autour de la tête du locuteur (L).
  15. Système de communication (2) confidentiel et sans contact comprenant un système acoustique (1) selon l’une des revendications 1 à 14.
FR2004080A 2020-04-23 2020-04-23 Système Acoustique Active FR3109687B1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2004080A FR3109687B1 (fr) 2020-04-23 2020-04-23 Système Acoustique
PCT/EP2021/060715 WO2021214313A1 (fr) 2020-04-23 2021-04-23 Enceinte acoustique directionnelle pour la communication confidentielle et attenuateur ultrasonore

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2004080 2020-04-23
FR2004080A FR3109687B1 (fr) 2020-04-23 2020-04-23 Système Acoustique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3109687A1 true FR3109687A1 (fr) 2021-10-29
FR3109687B1 FR3109687B1 (fr) 2022-07-29

Family

ID=72088231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2004080A Active FR3109687B1 (fr) 2020-04-23 2020-04-23 Système Acoustique

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3109687B1 (fr)
WO (1) WO2021214313A1 (fr)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005333574A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd 音声通話装置
FR3020231A1 (fr) 2014-04-18 2015-10-23 Akoustic Arts Enceinte sonore unidirectionnelle
CN106954136A (zh) * 2017-05-16 2017-07-14 成都泰声科技有限公司 一种集成麦克风接收阵列的超声定向发射参量阵
US20190349703A1 (en) * 2017-01-05 2019-11-14 Noveto Systems Ltd. An audio communication system and method

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2935266B2 (ja) * 1987-05-11 1999-08-16 ジャンポルスキー、アーサー 逆説的補聴器
EP2512152B1 (fr) * 2011-04-13 2013-11-06 Oticon A/s Dispositif auditif avec au moins deux microphones
CN204948327U (zh) * 2015-06-23 2016-01-06 北京芝视界科技有限公司 一种窗口对讲系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005333574A (ja) * 2004-05-21 2005-12-02 Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd 音声通話装置
FR3020231A1 (fr) 2014-04-18 2015-10-23 Akoustic Arts Enceinte sonore unidirectionnelle
US20190349703A1 (en) * 2017-01-05 2019-11-14 Noveto Systems Ltd. An audio communication system and method
CN106954136A (zh) * 2017-05-16 2017-07-14 成都泰声科技有限公司 一种集成麦克风接收阵列的超声定向发射参量阵

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021214313A1 (fr) 2021-10-28
FR3109687B1 (fr) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2518724B1 (fr) Combiné audio micro/casque comprenant des moyens de débruitage d'un signal de parole proche, notamment pour un système de téléphonie "mains libres"
EP2597889B1 (fr) Casque audio a controle actif de bruit de type non-adaptatif
EP2530673B1 (fr) Equipement audio comprenant des moyens de débruitage d'un signal de parole par filtrage à délai fractionnaire
CA1265063A (fr) Procedes et dispositifs pour attenuer les bruits d'origine externe parvenant au tympan et ameliorer l'intelligibilite des communications electro- acoustiques
FR3019961A1 (fr) Casque audio a controle actif de bruit anc avec reduction du souffle electrique
FR2682251A1 (fr) Procede et systeme de prise de son, et appareil de prise et de restitution de son.
EP3326171B1 (fr) Dispositif de controle actif de bruit
FR2919454A1 (fr) Systeme de reproduction sonore a enceinte a events.
EP0818121B1 (fr) Systeme de prise de son et d'ecoute pour equipement de tete en ambiance bruitee
WO2014171920A1 (fr) Système et procédé de traitement d'une réverbération de signal acoustique
FR3109687A1 (fr) Système Acoustique
CA2928995C (fr) Systeme de sonorisation a directivite reglable amelioree
FR2632474A1 (fr) Dispositif d'attenuation active de vibrations et notamment de bruit sans retard acoustique
WO2020079377A1 (fr) Enceinte acoustique et procédé de modulation pour une enceinte acoustique
WO2017207286A1 (fr) Combine audio micro/casque comprenant des moyens de detection d'activite vocale multiples a classifieur supervise
EP3326170B1 (fr) Dispositif de controle actif de bruit
EP0710427B1 (fr) Appareil de prise et de restitution de son, et son application a l'audio-conference
EP0633673B1 (fr) Procédé de transmission acoustique sous-marine et dispositif pour l'amélioration de l'intelligibilité de telles transmissions
FR2559325A1 (fr) Appareillage permettant de capter et de transmettre au loin la parole d'une personne placee dans un milieu perturbe afin d'effectuer un traitement de cette parole
FR3135586A1 (fr) Équipement de communication permettant un duplex intégral avec une prise de son dans l’oreille et système de communication le comprenant
EP4029288A1 (fr) Dispositif de diffusion sonore a directivite large bande controlee
WO2007080346A1 (fr) Telephone bande elargie a deux ecouteurs
FR3043869A1 (fr) Procede de communication par multiplexage
FR2857550A1 (fr) Enceinte acoustique omnidirectionnelle bipolaire

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20211029

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5