FR2780498A1 - Graphical representation of energy spectrum, particularly applicable to study of environmental effects of noise emanating from factories, trains or airports - Google Patents

Abstract

A physical quantity typically sound is detected by microphone and converted to digital values. A series of spectral analyses are made, sorted according to global energy and stored. The spectra are displayed in color or shades of gray on a matrix chart with frequencies shown as abscissa and global energies as ordinates.

Description

Procédé de Représentation Cartographique de Spectre Energétique et systèmeEnergy Spectrum Cartographic Representation Process and System

permettant la mise en oeuvre de ce procédé  allowing the implementation of this process

1 1/ Description générale:1 1 / General description:

La présente invention concerne un procédé permettant de décrire, au moyen d'une représentation cartographique, le spectre en fonction de l'énergie de grandeurs physiques environnementales, ainsi qu'un  The present invention relates to a method making it possible to describe, by means of a cartographic representation, the spectrum as a function of the energy of environmental physical quantities, as well as a

dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé.  device allowing the implementation of this process.

Cette invention s'applique notamment à la représentation de phénomènes physiques évolutifs. Cette représentation pouvant être considérée comme une signature de la grandeur associée au  This invention is particularly applicable to the representation of evolving physical phenomena. This representation can be considered as a signature of the grandeur associated with the

phénomène observé.observed phenomenon.

2/ Environnement technique de l'invention De façon habituelle, il est possible de représenter, par technique d'analyse spectrale (transformée de Fourier, FFT), des grandeurs physiques environnementales évoluant dans le temps. Ceci dans la mesure o celles- ci présentent certaines caractéristiques notamment d'ergodicité. Ces techniques présentent des limites essentiellement dues à leur faible capacité à décrire de façon simple les caractéristiques des grandeurs étudiées sur la période d'analyse, principalement en  2 / Technical environment of the invention In the usual way, it is possible to represent, by spectral analysis technique (Fourier transform, FFT), physical environmental quantities evolving over time. This insofar as these have certain characteristics, in particular ergodicity. These techniques have limitations essentially due to their weak capacity to describe in a simple way the characteristics of the quantities studied over the analysis period, mainly in

raison du volume de données à interpréter.  reason for the volume of data to be interpreted.

L'absence de technique de représentation simple a pour effet de limiter l'utilisation pratique des ces techniques d'analyse spectrale pourtant riches d'informations à des laboratoires hautement spécialisés. 3/ Objet: L'objet de l'invention est de décrire un procédé ainsi qu'un dispositif technique permettant de réaliser des représentations, sous forme de  The absence of a simple representation technique has the effect of limiting the practical use of these spectral analysis techniques, which are nevertheless rich in information, to highly specialized laboratories. 3 / Object: The object of the invention is to describe a process as well as a technical device enabling representations to be made, in the form of

cartes, d'une grandeur physique mesurable.  maps, of measurable physical size.

Ces cartes dont un exemple est donné (figure 1) fournissent une représentation globale du spectre en fonction de l'énergie de la grandeur mesurée sur la période d'analyse. Les domaines de fréquence sont représentés en abscisse, I'énergie globale de la grandeur mesurée en ordonnée, la valeur de l'énergie, pour une fréquence donnée, étant traduite au moyen de couleurs ou de niveaux  These maps, an example of which is given (FIG. 1), provide a global representation of the spectrum as a function of the energy of the quantity measured over the analysis period. The frequency domains are represented on the abscissa, the overall energy of the quantity measured on the ordinate, the value of the energy, for a given frequency, being translated by means of colors or levels

de gris.of gray.

1 4/ Avantages: Les cartes réalisées au moyen du procédé permettent d'effectuer facilement des comparaisons pouvant mettre en évidence le rôle de facteurs externes sur la grandeur physique mesurée. Les cartes trouvent application dans les cas o il est nécessaire de disposer d'une information de l'évolution de la grandeur mesurée sur le spectre évolutif. A titre d'exemple, celle-ci peuvent trouver application dans la quantification des bruits associés aux ronflements et permettre ainsi de fournir des informations pour l'indication de telle ou telle intervention  1 4 / Advantages: The maps produced using the process make it easy to make comparisons that can highlight the role of external factors on the physical quantity measured. The cards find application in cases where it is necessary to have information on the evolution of the quantity measured on the evolutionary spectrum. As an example, this can find application in the quantification of noises associated with snoring and thus make it possible to provide information for the indication of such or such intervention.

thérapeutique et enfin de juger de l'efficacité.  therapeutic and finally to judge the effectiveness.

Le procédé objet de l'invention peut être facilement mis en oeuvre à partir d'un dispositif constitué d'une unité de calcul couplée à un système d'acquisition de la grandeur physique à mesurer et d'un dispositif d'impression. Ces sous éléments peuvent être assemblés de façon spécifique dans le but de constituer un dispositif autonome ou  The method which is the subject of the invention can be easily implemented using a device consisting of a calculation unit coupled to a system for acquiring the physical quantity to be measured and a printing device. These sub-elements can be assembled in a specific way in order to constitute an autonomous device or

mis en oeuvre de façon non spécifique au moyen d'un micro-  implemented in a non-specific way by means of a micro-

ordinateur connecté à une imprimante et disposant d'un système  computer connected to a printer and having a system

d'acquisition de la grandeur mesurée.  acquisition of the measured quantity.

Le coeur du dispositif est constitué d'un logiciel réalisant les différentes étapes du procédé de traitement de l'information associé à  The heart of the device consists of software carrying out the different stages of the information processing process associated with

la mesure de la grandeur physique et à sa représentation graphique.  the measurement of physical quantity and its graphic representation.

Ceci permet d'envisager une mise en oeuvre partagée sur une plate-  This makes it possible to envisage a shared implementation on a platform

forme matérielle commune et ainsi d'en limiter le coût et d'en faciliter l'usage. / Domaines d'application Le dispositif décrit s'applique particulièrement bien à l'analyse des vibrations sonores et notamment à l'étude des bruits environnementaux. A titre d'exemple: I'analyse des bruits du ronflement, des bruits induits par la proximité de dispositifs ou équipements d'infrastructures ou techniques (lignes de chemin de fer,  common material form and thus limit its cost and facilitate its use. / Fields of application The device described applies particularly well to the analysis of sound vibrations and in particular to the study of environmental noises. For example: the analysis of snoring noises, noises induced by the proximity of infrastructure or technical devices or equipment (railway lines,

aéroports, usines, etc....), évaluation des mesures anti-bruits.  airports, factories, etc.), evaluation of anti-noise measures.

Cette technique de représentation graphique peut être élargie à  This graphic representation technique can be extended to

l'évaluation de toute grandeur physique.  the evaluation of any physical quantity.

6/ Description détaillée (figure 2):  6 / Detailed description (Figure 2):

Le procédé comporte deux étapes principales: une première étape d'acquisition du signal, une seconde correspondant à l'élaboration de  The process comprises two main stages: a first stage of signal acquisition, a second stage corresponding to the development of

la carte représentative du spectre énergétique proprement dit.  the representative map of the energy spectrum proper.

1 Première étape - acquisition du signal: La grandeur physique à étudier est recueillie au moyen d'un dispositif qui lui est spécifique fournissant en sortie un signal électrique (ou numérique). Dans le cas de l'étude de vibrations sonores, celui-ci peut être constitué d'un microphone et de préamplificateurs adaptés. Selon les cas, ce signal est ensuite appliqué après filtrage à l'entrée d'un convertisseur analogique/numérique dont la fréquence d'échantillonage est au moins double de la plus haute fréquence que lI'on veut étudier. Le convertisseur analogique/numérique fournissant  1 First step - signal acquisition: The physical quantity to be studied is collected by means of a device which is specific to it, providing an electrical (or digital) signal as an output. In the case of the study of sound vibrations, this can consist of a microphone and suitable preamplifiers. Depending on the case, this signal is then applied after filtering to the input of an analog / digital converter whose sampling frequency is at least twice the highest frequency that we want to study. The analog / digital converter providing

en sortie un signal numérique.digital signal output.

Deuxième étape - élaboration de la carte représentative du spectre énergétique: le signal numérique est transféré dans une mémoire de travail. Le contenu de cette mémoire est ensuite découpé en blocs après filtrage numérique. Une analyse spectrale est ensuite effectuée sur le contenu de ces blocs au moyen d'un algorithme adapté (FFT p.ex). Les spectres résultants sont mémorisés et regroupés selon leur énergie globale. Un spectre moyen est calculé de façon statistique pour chaque niveau d'énergie ainsi que la distribution de l'énergie  Second step - development of the representative map of the energy spectrum: the digital signal is transferred to a working memory. The content of this memory is then cut into blocks after digital filtering. A spectral analysis is then carried out on the content of these blocks by means of an adapted algorithm (FFT for example). The resulting spectra are memorized and grouped according to their overall energy. An average spectrum is calculated statistically for each energy level as well as the energy distribution

globale du signal.overall signal.

Le spectre calculé peut ensuite faire l'objet d'une représentation  The calculated spectrum can then be represented

graphique soit en temps réel (spectre évolutif) soit en temps différé.  graphic either in real time (evolving spectrum) or in deferred time.

La représentation graphique est élaborée à partir d'une matrice à deux dimensions: - les lignes de cette matrice correspondent à des niveaux d'énergie. Ces niveaux pouvant être soit prédéterminés, soit calculés à partir de la distribution de l'énergie globale du signal; - les colonnes correspondent aux différentes fréquences utilisées pour décrire le spectre. Ces fréquences correspondant soit directement à celles issues de l'analyse spectrale, soit au regroupement en "bandes de fréquence" de celles-ci. Les grandeurs statistiques caractéristiques relatives à chaque niveau d'énergie pour chaque bande de fréquence  The graphic representation is developed from a two-dimensional matrix: - the lines of this matrix correspond to energy levels. These levels can either be predetermined or calculated from the distribution of the overall energy of the signal; - the columns correspond to the different frequencies used to describe the spectrum. These frequencies correspond either directly to those resulting from the spectral analysis, or to the grouping into "frequency bands" of these. The characteristic statistical quantities relating to each energy level for each frequency band

étant mémorisées à l'intersection des lignes et colonnes de la matrice.  being stored at the intersection of the rows and columns of the matrix.

Une procédure de calcul associe pour chaque intersection ligne/colonne de la matrice ainsi obtenue une couleur (ou un niveau  A calculation procedure associates for each row / column intersection of the matrix thus obtained a color (or a level

de gris) selon une échelle linéaire ou logarithmique.  gray) on a linear or logarithmic scale.

Cette couleur est ensuite reportée sur le graphique aux coordonnées qui lui sont propres. Un algorithme de diffusion peut être appliqué de façon à homogénéiser l'espace séparant les intersections de la  This color is then plotted on the graph at its own coordinates. A diffusion algorithm can be applied in order to homogenize the space separating the intersections of the

matrice.matrix.

Le graphique résultant peut être présenté à l'utilisateur soit au moyen  The resulting graph can be presented to the user either by means of

d'un écran, soit imprimé sur papier au moyen d'une imprimante.  a screen, or printed on paper using a printer.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1. Procédé de représentation cartographique de spectre énergétique caractérisé en ce qu'il permet d'obtenir une représentation cartographique du spectre en fonction de l'énergie de grandeurs physiques environnementales élaborée à partir des grandeurs statistiques caractéristiques du spectre énergétique, en mettant en oeuvre une étape d'acquisition du signal et une étape d'élaboration de  1. A method of cartographic representation of the energy spectrum, characterized in that it makes it possible to obtain a cartographic representation of the spectrum as a function of the energy of environmental physical quantities developed from the statistical quantities characteristic of the energy spectrum, by implementing a signal acquisition step and a step of developing la carte du spectre énergétique.the energy spectrum map. 2. Procédé selon la revendications 1 caractérisé en ce que l'élaboration de  2. Method according to claims 1 characterized in that the development of la carte du spectre énergétique consiste à: 1) organiser les valeurs représentatives du signal en blocs, 2) à effectuer une analyse spectrale (FFT, DSE) sur les blocs et calculer les paramètres énergétiques du bloc, 3) mémoriser le spectre du signal ainsi que ses paramètres énergétiques, 4) trier les spectres mémorisés selon leur énergie globale, 5) calculer les spectres moyens selon leur énergie globale, 6) construire une matrice "fréquence/énergie", 7) représenter le contenu de la matrice  the energy spectrum map consists of: 1) organizing the representative values of the signal into blocks, 2) performing a spectral analysis (FFT, DSE) on the blocks and calculating the energy parameters of the block, 3) memorizing the signal spectrum as well as its energy parameters, 4) sort the stored spectra according to their global energy, 5) calculate the average spectra according to their global energy, 6) build a "frequency / energy" matrix, 7) represent the content of the matrix au moyen d'une carte.by means of a card. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'échelle des niveaux d'énergie est prédéterminée ou calculée à partir de la  3. Method according to claim 1 or 2 characterized in that the scale of the energy levels is predetermined or calculated from the distribution de l'énergie globale du signal.  distribution of the overall signal energy. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes  4. Method according to any one of the preceding claims caractérisé en ce que l'échelle des fréquences est absolu ou organisée en "bandes de fréquences"  characterized in that the frequency scale is absolute or organized into "frequency bands" 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes  5. Method according to any one of the preceding claims caractérisé en ce que les échelles sont représentées de façon linéaire,  characterized in that the scales are represented in a linear fashion, ou logarithmique.or logarithmic. 6. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le niveau d'énergie associé à chaque intersection de la matrice représentative  6. Method according to claim 2 characterized in that the energy level associated with each intersection of the representative matrix "fréquence/énergie" est représenté par une couleur ou un niveau de gris.  "frequency / energy" is represented by a color or a gray level. 7. Dispositif de représentation cartographique pour la mise en oeuvre du  7. Cartographic representation device for the implementation of the procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes  method according to any one of the preceding claims caractérisé en ce qu'il intègre l'ensemble des éléments nécessaires à l'élaboration de la carte de spectre énergétique, notamment dispositif de conversion analogique numérique, unité de calcul, mémoire, dispositif  characterized in that it integrates all the elements necessary for the development of the energy spectrum map, in particular analog-to-digital conversion device, calculation unit, memory, device d'affichage.display. 8. Dispositif de représentation cartographique selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre à partir d'un logiciel destiné à  8. Cartographic representation device according to claim 7 characterized in that it is implemented using software intended for fonctionner sur un système informatique non spécifique.  run on a non-specific computer system. 9. Dispositif de représentation cartographique selon les revendications 7  9. Cartographic representation device according to claims 7 ou 8 caractérisé en ce que les modalités de dessin sont paramétrables.  or 8 characterized in that the drawing methods are configurable. 1  1 10. Dispositif d'analyse et de représentation de sons caractérisé par le fait qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif conforme à l'une quelconque10. Device for analyzing and representing sounds, characterized in that it is produced by means of a device according to any one des revendications 7 à 9.of claims 7 to 9. 11. Dispositif d'analyse et de représentation des bruits du ronflement caractérisé par le fait qu'il est réalisé au moyen d'un dispositif conforme  11. Device for analyzing and representing snoring noises, characterized in that it is produced by means of a conforming device à l'une quelconque des revendications7 à 9.  to any of claims 7 to 9.