FR3112017A1 - Equipement électronique comprenant un simulateur de distorsion - Google Patents
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Abstract
Equipement électronique (11) intégrant ou agencé pour être connecté à un microphone (12) et à une chaîne d’émission (13) comprenant un amplificateur (14) et un haut-parleur (15), l’équipement électronique comprenant : - un simulateur de distorsion (18) agencé pour acquérir un signal audio à émettre, pour simuler une distorsion introduite dans le signal sonore émis par la chaîne d’émission, et pour introduire la distorsion dans le signal audio à émettre de manière à produire un signal de référence (Sref) ; - un annulateur d’écho (16) agencé pour acquérir le signal de référence et le signal audio reçu, pour simuler et introduire dans le signal de référence des perturbations linéaires, et pour supprimer le signal d’écho du signal audio reçu et reproduire ainsi le signal sonore utile. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine des équipements électroniques qui sont susceptibles d’émettre et de recevoir du son simultanément, tels qu’une enceinte connectée comprenant un assistant vocal.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Certaines enceintes connectées intègrent un assistant vocal. Une telle enceinte connectée est donc capable de diffuser un signal audio à émettre (par exemple de la musique) et, simultanément, d’acquérir et d’interpréter un signal sonore utile produit par un utilisateur (par exemple une commande vocale). L’interprétation de la commande vocale est susceptible d’être perturbée par le phénomène d’écho : les microphones de l’enceinte reçoivent en effet à la fois la commande vocale et la musique émise par l’enceinte.
Cette situation est illustrée sur la . L’enceinte connectée 1 comporte un microphone 2, une chaîne d’émission 3 comprenant un amplificateur 4 et un haut-parleur 5, ainsi qu’un composant annulateur d’écho 6.
La chaîne d’émission 3 diffuse un signal audio à émettre Sae (la musique) et génère ainsi un signal sonore émis Sse. L’utilisateur 7 émet simultanément un signal sonore utile Ssu (la commande vocale). Le microphone 2 capte un signal sonore reçu Ssr comprenant le signal sonore utile Ssu émis par l’utilisateur 7 et un signal d’écho Se résultant de la propagation du signal sonore émis Sse produit par la chaîne d’émission 3, et génère un signal audio reçu Sar.
L’annulateur d’écho 6 a pour but de supprimer le signal d’écho Se du signal audio reçu Sar. L’annulateur d’écho 6 acquiert à cet effet le signal audio reçu Sar ainsi qu’un signal de référence Sref comprenant le signal audio à émettre Sae, et produit un signal traité St qui a été « nettoyé » et qui est aussi proche que possible du signal sonore utile Ssu, c’est-à-dire de la commande vocale.
Si le signal sonore émis Sse tel que capté par le microphone 2 était identique au signal audio à émettre Sae, le rôle de l’annulateur d’écho 6 se limiterait à une simple soustraction. Cependant, le signal sonore émis Sse a été perturbé par l’amplificateur 4, le haut-parleur 5 et la résonnance de la pièce dans laquelle se trouve l’enceinte 1, et n’est donc pas identique au signal audio à émettre Sae.
On distingue deux sortes de perturbations.
Les perturbations linéaires sont des perturbations qui modifient le volume et la phase (ou le retard) du signal sonore émis Sse de manière différente pour chaque fréquence. Ces perturbations, dans un système, sont indépendantes entre les fréquences : le signal de sortie du système à une fréquence donnée ne dépend que du signal d’entrée dudit système à la même fréquence et pas du signal d’entrée aux autres fréquences.
Les perturbations non linéaires sont des perturbations affectant plusieurs fréquences simultanément. La perturbation non linéaire la plus courante est la distorsion harmonique qui ajoute de l’énergie aux fréquences multiples de celles du signal d’entrée. Ainsi, le signal de sortie à une fréquence donnée dépend non seulement du signal d’entrée à la même fréquence, mais aussi du signal d’entrée à des fréquences plus faibles. Ces perturbations non linéaires sont particulièrement présentes lorsque l’enceinte connectée 1 joue un son à fort volume.
L’annulateur d’écho 6 acquiert le signal de référence Sref comprenant le signal audio à émettre Sae, simule des perturbations linéaires présentes dans le signal sonore émis Sse et introduit dans le signal de référence Sref lesdites perturbations linéaires, de manière à les supprimer du signal audio reçu Sar pour reproduire le signal sonore utile Ssu.
L’annulateur d’écho 6 est donc capable de gérer les perturbations linéaires, y compris des perturbations variables dans le temps (comme les perturbations liées à la résonnance de la pièce). En revanche, cet annulateur d’écho 6 n’est pas capable de gérer les perturbations non linéaires.
Il existe des équipements dont le signal de référence pour l’annulateur d’écho provient d’un microphone supplémentaire, dit « microphone de référence », situé juste devant le haut-parleur. Cependant, ce genre de système est très coûteux car le microphone de référence doit être capable d’absorber de hauts niveaux de pression acoustique sans introduire de distorsion supplémentaire.
De plus, il est nécessaire que les microphones principaux soient situés suffisamment loin du haut-parleur pour que la proportion du signal sonore utile qu’ils captent soit sensiblement plus élevée que celle captée par le microphone de référence.
En effet, tous les microphones, c’est-à-dire aussi bien les microphones principaux que le microphone de référence, captent un signal sonore reçu qui combine une part de signal sonore utile (commande vocale) et une part de signal d’écho. Comme le microphone de référence acquiert une part de signal sonore utile, lorsqu’on utilise le signal du microphone de référence pour annuler le signal d’écho, on se retrouve à annuler aussi cette part de signal sonore utile. Par conséquent, si la part de signal sonore utile par rapport au signal d’écho est la même dans le microphone de référence et dans les microphones principaux, l’équipement se retrouve à annuler le signal sonore utile en même temps que le signal d’écho.
Ainsi, mathématiquement, si U désigne le signal sonore utile et E désigne le signal d’écho, alors les microphones principaux reçoivent un signal Mptel que :
Mp = ap×U + bp×E,
où apet bpreprésentent la réponse de l’environnement.
Le microphone de référence reçoit un signal Mrtel que :
Mr = ar×U + br×E.
L’annulateur d’écho fonctionne en calculant un gain g et un signal de sortie O tel que :
O = Mp - g×Mr,
de façon à minimiser la part du signal d’écho dans le signal de sortie. Si on développe les formules, on obtient :
O = (ap-g·ar)×U + (bp-g·br)×E,
avec g ≈ bp/br,
afin que O ≈ (ap-g·ar)×U ne contienne plus de signal d’écho.
Pour qu’un tel système fonctionne, il faut que ap-g·ar≠ 0, c’est-à-dire que ap/bp ≠ ar/br, ou encore que la part de signal sonore utile par rapport au signal d’écho dans les microphones principaux soit différente de la part de signal sonore utile par rapport au signal d’écho dans le microphone de référence.
Cette contrainte d’éloignement entre le microphone de référence et les microphones principaux peut être difficile à mettre en œuvre sur un produit tel qu’une enceinte connectée.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet d’améliorer l’annulation d’écho dans un équipement électronique susceptible d’émettre et de recevoir des signaux sonores simultanément, sans augmenter le coût de l’équipement électronique de manière significative et sans apporter de contraintes particulières à sondesign.
En vue de la réalisation de ce but, on propose un équipement électronique intégrant ou agencé pour être connecté à un microphone et à une chaîne d’émission comprenant un amplificateur et un haut-parleur, la chaîne d’émission pouvant diffuser un signal audio à émettre de manière à générer un signal sonore émis, le microphone pouvant, simultanément, recevoir un signal sonore reçu comprenant un signal sonore utile émis par une entité externe et un signal d’écho résultant d’une propagation du signal sonore émis, et produire un signal audio reçu à partir du signal sonore reçu,
l’équipement électronique comprenant :
- un simulateur de distorsion agencé pour acquérir le signal audio à émettre, pour simuler une distorsion introduite dans le signal sonore émis par la chaîne d’émission, et pour introduire la distorsion dans le signal audio à émettre de manière à produire un signal de référence ;
- un annulateur d’écho agencé pour acquérir le signal de référence et le signal audio reçu, pour simuler et introduire dans le signal de référence des perturbations linéaires, et pour supprimer le signal d’écho du signal audio reçu et reproduire ainsi le signal sonore utile.
Ainsi, en opération, le simulateur de distorsion produit en temps réel un signal de référence intégrant la distorsion harmonique, et transmet ledit signal de référence à l’annulateur d’écho. L’annulateur d’écho, qui est conçu pour simuler et corriger des perturbations (uniquement) linéaires, produit donc un signal traité débarrassé à la fois de la distorsion (et donc de la plus grande part des perturbations non linéaires) et des perturbations linéaires. L’annulation d’écho est donc améliorée de manière très significative par rapport à l’art antérieur grâce à la prise en compte de la distorsion par le simulateur de distorsion, en amont de l’annulateur d’écho. Cette amélioration ne requiert pas undesignparticulier de l’équipement électronique et n’augmente pas significativement le coût de l’équipement électronique, car l’annulateur d’écho peut être un annulateur d’écho linéaire « traditionnel », qu’il n’est donc pas nécessaire de concevoir spécialement pour la mise en œuvre de l’invention.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel le simulateur de distorsion est agencé pour utiliser un modèle défini par :
oùx(t)est le signal audio à émettre et oùy(t)est le signal de référence, oùP,QetRsont des polynômes de degrés prédéterminés, et où k, q et n sont des entiers supérieurs ou égaux à 1.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a q=1, k=1, n=1.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a q=1, k>1, n=k.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a q=1, k>1, n=1.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a q>1, k≥1.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a :R=0.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel on a :Q=0.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, dans lequel les polynômesP,QetRsont des polynômes de degré 5.
On propose de plus un équipement électronique tel que précédemment décrit, l’équipement électronique étant une enceinte connectée intégrant la chaîne d’émission et le microphone, et étant agencée pour mettre en œuvre un assistant vocal.
On propose aussi un procédé de réglage d’un équipement électronique tel que précédemment décrit, mis en œuvre préalablement à une mise en service de l’équipement électronique, et comprenant les étapes, pour déterminer des coefficients des polynômesP,QetR, de :
- faire diffuser, à faible volume, par la chaîne d’émission, un premier signal audio de test émis, et enregistrer un premier signal audio de test reçu produit par le microphone ;
- déterminer une réponse linéaireHde la chaîne d’émission et d’un environnement de test en comparant le premier signal audio de test émis et le premier signal audio de test reçu ;
- calculer une réponse linéaire inverseH -1 ;
- faire diffuser, à fort volume, par la chaîne d’émission, un deuxième signal audio de test émis, et enregistrer un deuxième signal audio de test reçu produit par le microphone ;
- calculer un produit de convolution de la réponse linéaire inverseH -1 et du deuxième signal audio de test reçu pour obtenir un signal rectifié ;
- déterminer les coefficients des polynômes à partir du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié.
On propose aussi un procédé de réglage tel que précédemment décrit, dans lequel le premier signal audio de test émisx 0 (t)est tel que :
avec :
où T est une durée du premier signal audio de test émisx 0 (t),ω 1 est une fréquence limite basse etω 2 est une fréquence limite haute du haut-parleur (15).
On propose aussi un procédé de réglage tel que précédemment décrit, dans lequel on aR=0, dans lequel le modèle est défini par :
le procédé de réglage comprenant l’étape de résoudre le système d’équations suivant par la méthode des moindres carrés :
les valeursx(i) etŷ(i)étant respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié, les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N etq 1 ,q 2 , …q N étant les coefficients des polynômesPetQ.
On propose aussi un procédé de réglage tel que précédemment décrit, dans lequel on aR≠0, dans lequel le modèle est défini par :
le procédé de réglage comprenant l’étape de résoudre le système d’équations suivant par la méthode des moindres carrés :
les valeursx(i)etŷ(i)étant respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié, les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N ,q 1 ,q 2 , …q N ,r 1 ,r 2 ,…,r N étant les coefficients des polynômesP,QetR.
On propose aussi un procédé de réglage tel que précédemment décrit, comprenant en outre les étapes d’améliorer la détermination des coefficients des polynômes selon un processus itératif en calculant un signal simuléȳtel que :
puis en utilisant le signal simulé pour recalculer les coefficients des polynômes en résolvant par la méthode des moindres carrés le système :
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
En référence à la , l’invention est ici mise en œuvre dans une enceinte connectée 11 comportant au moins un microphone 12, au moins une chaîne d’émission 13 comprenant un amplificateur 14 et un haut-parleur 15, un annulateur d’écho 16 et un simulateur de distorsion 18.
Le simulateur de distorsion 18 est ici mis en œuvre dans au moins un composant de traitement qui est adapté à exécuter des instructions d'un programme pour mettre en œuvre ledit simulateur de distorsion 18. Le programme est stocké dans une mémoire reliée ou intégrée dans le composant de traitement. Le composant de traitement est par exemple un processeur, un DSP (pourDigital Signal Processor), un microcontrôleur, ou bien un circuit logique programmable tel qu’un FPGA (pourField Programmable Gate Arrays) ou un ASIC (pourApplication Specific Integrated Circuit).
La chaîne d’émission 13 diffuse un signal audio à émettre Sae (par exemple de la musique) et génère ainsi un signal sonore émis Sse, et, en même temps, l’utilisateur 17 émet un signal sonore utile Ssu (par exemple une commande vocale).
Simultanément, le microphone 12 capte donc un signal sonore reçu Ssr comprenant le signal sonore utile Ssu généré par l’utilisateur 17 et un signal d’écho Se résultant de la propagation du signal sonore émis Sse généré par la chaîne d’émission 13, et produit un signal audio reçu Sar. On précise que les signaux « audio » sont des signaux électriques numériques ou analogiques.
L’annulateur d’écho 16 utilisé est le même que celui visible sur la (référence 6). L’annulateur d’écho 16 est donc conçu pour simuler et corriger des perturbations linéaires (uniquement).
Cependant, dans l’invention, l’annulateur d’écho 16 n’utilise pas comme signal de référence un signal de référence comprenant uniquement le signal audio à émettre Sae.
Le simulateur de distorsion 18 est en effet positionné « en amont » de l’annulateur d’écho 16 vis-à-vis de l’acquisition du signal audio à émettre Sae. Le simulateur de distorsion 18 acquiert le signal audio à émettre Sae. Le simulateur de distorsion 18 simule une distorsion harmonique présente dans le signal sonore émis Sse (générée principalement par la chaîne d’émission 13), et introduit ladite distorsion dans le signal audio à émettre Sae de manière à produire le signal de référence Sref.
L’annulateur d’écho 16 acquiert le signal de référence Sref et le signal audio reçu Sar. L’annulateur d’écho 16 simule les perturbations linéaires présentes dans le signal sonore émis Sse, introduit les perturbations linéaires dans le signal de référence Sref et produit ainsi un signal de référence résultant intégrant à la fois la distorsion et les perturbations linéaires. L’annulateur d’écho 16 soustrait alors le signal de référence résultant du signal audio reçu Sar pour supprimer à la fois les perturbations linéaires et la distorsion du signal audio reçu Sar. L’annulateur d’écho 16 supprime ainsi le signal d’écho Se du signal audio reçu Sar et reproduit ainsi le signal sonore utile Ssu.
La suppression du signal d’écho est ainsi améliorée par la prise en compte par le simulateur de distorsion 18 de la distorsion en amont de l’annulateur d’écho 16, sans que l’annulateur d’écho 16 en lui-même ne diffère d’un annulateur d’écho linéaire de l’art antérieur.
Il est connu d’utiliser le modèle de l’art antérieur suivant pour modéliser conjointement la distorsion harmonique (non linéaire) et la réponse linéaire d’un système :
oùy(t)représente le signal de sortie dudit système,x(t )représente le signal d’entrée dudit système, ⊗ représente l’opération de convolution, et lesh i (t)représentent les réponses impulsionnelles de plusieurs filtres linéaires. Les valeurs desh i (t)constituent les paramètres du système.
Ce modèle est très coûteux, car les réponses impulsionnellesh i (t)sont assez longues et les opérations de convolution sont donc coûteuses en temps de calcul.
Dans l’invention, l’annulateur d’écho 16 utilisé est capable de gérer les perturbations linéaires, de sorte que le simulateur de distorsion 18 doit simuler uniquement les perturbations non linéaires.
Le simulateur de distorsion 18 utilise donc un modèle défini par :
oùx(t)est le signal d’entrée du système, c’est à dire le signal audio à émettre Sae et oùy(t)est le signal de sortie du simulateur, c’est-à-dire le signal de référence Sref.
P,QetRsont des polynômes de degrés prédéterminés, et k, q et n sont des entiers supérieurs ou égaux à 1. Par exemple, chacun des polynômesP,QetRest de degré 5.
Dans un premier mode de réalisation, on a q=1, k=1 et n=1.
Le modèle utilisé est donc le suivant.
On note que, dans le cas oùR=0, le modèle ci-dessus est équivalent au modèle de l’art antérieur qui vient d’être cité avec des réponses impulsionnellesh i (t)de longueur 2.
Les paramètres du modèle sont déterminés via un procédé de réglage comprenant des opérations de réglage mises en œuvre préalablement à la mise en service de l’enceinte connectée 11.
Les opérations de réglage ont lieu par exemple en usine au cours d’une phase de calibration de l’enceinte connectée 11, ou bien au cours de la conception de ladite enceinte connectée 11. Dans le premier cas, les paramètres sont propres à l’enceinte connectée 11, alors que dans le deuxième cas, les paramètres sont valables pour une pluralité d’enceintes connectées 11 du même type que l’enceinte connectée 11 (par « du même type », on entend par exemple les enceintes ayant le même numéro d’article, ou P/N, pourPart Number).
Afin de déterminer les paramètres du modèle, c’est-à-dire les coefficients des polynômesP,QetR, on mesure le comportement de la chaîne d’émission 13 tel que perçu par le microphone 12 en diffusant un signal audio de test émis via la chaîne d’émission 13 de manière à produire un signal sonore de test émis, et en enregistrant le signal audio de test reçu produit par le microphone 12 pendant la lecture. On compare ensuite le signal audio de test émis et le signal audio de test reçu qui a été enregistré, pour déterminer les paramètres du modèle.
La principale difficulté pour déterminer les paramètres du modèle vient de ce que le signal audio de test reçu a subi non seulement les perturbations non linéaires que l’on cherche à modéliser mais aussi les perturbations linéaires liées entre autres à l’environnement de test dans lequel se trouve l’enceinte connectée 11 au moment du procédé de réglage (chambre sourde ou caisson acoustique).
On sait cependant que les perturbations non linéaires sont surtout présentes à volume sonore élevé. On détermine donc les paramètres du modèle en mettant en œuvre un procédé de réglage qui comprend les étapes de :
- diffuser, à faible volume, via la chaîne d’émission 13, un premier signal audio de test émisx 0 (t), et enregistrer un premier signal audio de test reçuy 0 (t)produit par le microphone 12 ;
- déterminer la réponse linéaireHde la chaîne d’émission 13 et de l’environnement de test en comparant le premier signal audio de test émisx 0 (t)et le premier signal audio de test reçuy 0 (t);
- calculer la réponse linéaire inverseH -1 ;
- diffuser, à fort volume, via la chaîne d’émission 13, un deuxième signal audio de test émisx 1 (t), et enregistrer un deuxième signal audio de test reçuy 1 (t)produit par le microphone 12 ;
- calculer le produit de convolution de la réponse linéaire inverseH -1 et du deuxième signal audio de test reçuy 1 (t)pour obtenir un signal rectifiéŷ 1 (t):
ŷ1(t)=y1(t)⊗H-1;
- déterminer les coefficients des polynômesP,Q,Rà partir du deuxième signal audio de test émisx 1 (t)et du signal rectifiéŷ 1 (t).
Le fort volume est ici par exemple le volume maximal de l’enceinte connectée 11. Le faible volume est ici égal à un pourcentage prédéterminé du volume maximal. Le pourcentage prédéterminé est par exemple égal à 25%.
La réponse linéaireHest déterminée de la manière suivante.
On utilise un premier signal audio de test émisx 0 (t)qui réalise un balayage logarithmique des fréquences.
On a ici :
avec :
Test la durée du premier signal audio de test émisx 0 (t)(par exemple 30s),ω 1 est la fréquence limite minimale etω 2 est la fréquence limite maximale du haut-parleur 15. Par exemple, pour un caisson de basses,ω 1 =20 Hz etω 2 =1 kHz.
La réponse du système est alors donnée en effectuant la convolution du premier signal audio de test reçuy 0 (t)avec le filtre inverse dex 0 :
On note que la réponse linéaireHet son inverseH -1 dépendent de l’environnement de test (en particulier la chambre sourde ou le caisson acoustique où est placée l’enceinte connectée) et ne sont donc utilisés que lors de la détermination des paramètres du modèle, et pas lors du fonctionnement normal de l’enceinte connectée 11. Leur coût de calcul ne pose donc pas de problème en fonctionnement normal.
On note aussi que le procédé de réglage ci-dessus n’est valable que pour des fréquences comprises entreω 1 etω 2 . On fixe doncHetH -1 à 1 pour les fréquences inférieures àω 1 ou supérieures àω 2 .
De plus, on peut observer que la qualité des filtresHetH -1 se dégrade à l’approche des fréquencesω 1 etω 2 , même en ayant pris une grande duréeTafin d’avoir des filtres longs et donc de bonne qualité.
Par conséquent, il est avantageux de prendre une marge lors du choix deω 1 etω 2 . On peut considérer que les filtresHetH -1 sont bons entre 2×ω 1 etω 2 /2, il convient donc de choisir des valeurs deω 1 etω 2 suffisamment larges par rapport aux fréquences nominales de fonctionnement du dispositif pour que les filtresHetH -1 soient bons sur l’ensemble de la plage utile.
En effet, il est intéressant d’utiliser une valeur deω 1 plus basse que la fréquence limite minimale nominale du haut-parleur 15 (par exemple la moitié) le temps de la mesure pour permettre aux filtres d’être bons dès la fréquence limite minimale nominale. Le même raisonnement s’applique symétriquement pourω 2 et la fréquence limite maximale nominale. Le deuxième signal audio de test émisx 1 (t)est ici diffusé au volume maximal de l’enceinte connectée 11. Le deuxième signal audio de test émisx 1 (t)comporte toutes les fréquences utiles.
On utilise par exemple un deuxième signal audio de test émisx 1 (t)tel que :
x 1 (t)=g×x 0 (t),
où g est un gain permettant d’atteindre le volume maximal,
et on conserve uniquement la partie du signal dont la fréquence est comprise entre 2×ω 1 etω 2 /2. Le deuxième signal audio de test émisx 1 (t)réalise donc aussi un balayage logarithmique des fréquences.
Dans le cas le plus simple, le modèle est non récursif, c’est-à-dire qu’on a choisi de forcerR=0. Dans ce cas, le modèle de distorsion s’écrit :
Si on applique cette équation à tous les échantillons du deuxième signal audio de test émis, on obtient le système d’équations ci-dessous.
Les valeursx(i)etŷ(i)sont respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émisx 1 (t)et du signal rectifiéŷ 1 (t), les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N etq 1 ,q 2 , …q N sont les coefficients des polynômesPetQ.
En résolvant ce système par la méthode des moindres carrés, on obtient les coefficients des polynômesPetQdu modèle.
On voit sur la la courbe C1 du signal sonore reçu Ssr capté par le microphone 12 et la courbe C2 du signal de référence Sref, pour un signal audio à émettre à 206Hz. On voit sur la la courbe C3 du signal sonore reçu Ssr capté par le microphone 12 et la courbe C4 du signal de référence Sref, pour un signal audio à émettre à 242Hz.
Dans le cas d’un modèle récursif, il faut aussi déterminer les coefficients deR. Ici le modèle s’écrit :
Comme pour le modèle non récursif, on peut obtenir les coefficients en résolvant par la méthode des moindres carrés le système :
Les valeursx(i)etŷ(i)sont respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émisx 1 (t)et du signal rectifiéŷ 1 (t), les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N ,q 1 ,q 2 , …q N ,r 1 ,r 2 , …,r N sont les coefficients des polynômesP,QetR.
On améliore ensuite l’estimation des coefficients selon un processus itératif en calculant un signal simuléȳ:
On utilise ce signal simuléȳpour recalculer les coefficients des polynômes en résolvant par la méthode des moindres carrés le système (noter qu’on utilise toujours le signal rectifiéŷà gauche des égalités, et qu’on utilise maintenant le signal simuléȳà droite) :
On répète éventuellement cette opération, jusqu’à ce que l’erreur arrête de diminuer. Les coefficients des polynômes sont ainsi définis de manière très précise.
On vient de décrire que le modèle utilisé par le simulateur de distorsion 18 est le suivant :
On a vu qu’il est possible de forcerR=0. De même on peut simplifier encore plus le modèle en forçantQ=0.
LorsqueQ=0, le modèle est capable de simuler la distorsion liée à la saturation de l’amplificateur 14, mais ne peut pas simuler le comportement mécanique du haut-parleur 15.
On note qu’en audio, on utilise généralement une fréquence d’échantillonnage de 48 kHz. Or, la distorsion la plus importante provient souvent des basses fréquences. Un modèle qui se contente d’utiliser l’échantillon précédent, comme celui décrit plus tôt, peut avoir du mal à gérer les basses fréquences. On cherche donc à augmenter la profondeur du modèle utilisé.
On peut par exemple mettre en œuvre un échantillonnage lointain.
Pour rappel, le modèle général utilisé s’exprime sous la forme :
Pour pallier les problèmes liés aux basses fréquences, on peut définir que :
q=1, k>1, n=k.
Le modèle utilisé devient donc :
On peut aussi définir que :
q=1, k>1, n=1.
Le modèle utilisé devient donc :
Par exemple, on peut choisir k=12 pour un signal échantillonné à 48 kHz, si on ne s’intéresse qu’au haut-parleur de basses et qu’on est sûr que les signaux d’entrée ne contiennent pas de fréquences supérieures à 2 kHz.
La détermination des paramètres du modèle utilise alors le même principe que précédemment en remplaçantx(t-1) parx(t- k) ety(t-1) pary(t- n) dans les systèmes d’équations à résoudre.
Une autre solution pour pallier les problèmes liés aux basses fréquences consiste à mettre en œuvre un échantillonnage moyenné et donc à remplacerx(t-1) par la moyenne des valeurs dexentre les instantst- k -q(avec k≥1 et q>1) ett-k.
On définit donc que :
q>1, k≥1, etR=0.
Le modèle utilisé devient donc :
Cette solution est légèrement plus coûteuse en temps de calcul, mais il existe des méthodes rapides de calcul récursif de la moyenne qui permettent d’éviter que le surcoût soit trop important.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications.
L’équipement électronique dans lequel est mise en œuvre l’invention n’est pas nécessairement une enceinte connectée, mais peut être tout équipement susceptible d’émettre et de recevoir du son simultanément, et par exemple une barre de son ou une télévision comprenant un microphone pour acquérir des commandes, ou bien unsmartphoneou une tablette.
Le microphone et/ou la chaîne d’émission (comprenant l’amplificateur et le haut-parleur) ne sont pas nécessairement intégrés dans l’équipement électronique dans lequel est mise en œuvre l’invention, mais peuvent être connectés audit équipement électronique.
Le signal sonore utile n’est pas nécessairement émis par un utilisateur humain, mais pourrait être émis par une autre entité externe, et notamment par un autre équipement électronique (distinct de l’équipement électronique dans lequel est mise en œuvre l’invention).
Claims (15)
- Equipement électronique (11) intégrant ou agencé pour être connecté à un microphone (12) et à une chaîne d’émission (13) comprenant un amplificateur (14) et un haut-parleur (15),
la chaîne d’émission pouvant diffuser un signal audio à émettre (Sae) de manière à générer un signal sonore émis (Sse),
le microphone pouvant, simultanément, recevoir un signal sonore reçu (Ssr) comprenant un signal sonore utile (Ssu) émis par une entité externe (17) et un signal d’écho (Se) résultant d’une propagation du signal sonore émis, et produire un signal audio reçu (Sar) à partir du signal sonore reçu,
l’équipement électronique comprenant :
- un simulateur de distorsion (18) agencé pour acquérir le signal audio à émettre, pour simuler une distorsion introduite dans le signal sonore émis par la chaîne d’émission, et pour introduire la distorsion dans le signal audio à émettre de manière à produire un signal de référence (Sref) ;
- un annulateur d’écho (16) agencé pour acquérir le signal de référence et le signal audio reçu, pour simuler et introduire dans le signal de référence des perturbations linéaires, et pour supprimer le signal d’écho du signal audio reçu et reproduire ainsi le signal sonore utile. - Equipement électronique selon la revendication 1, dans lequel le simulateur de distorsion (18) est agencé pour utiliser un modèle défini par :
oùx(t)est le signal audio à émettre et oùy(t)est le signal de référence, oùP,QetRsont des polynômes de degrés prédéterminés, et où k, q et n sont des entiers supérieurs ou égaux à 1. - Equipement électronique selon la revendication 2, dans lequel on a q=1, k=1, n=1.
- Equipement électronique selon la revendication 2, dans lequel on a q=1, k>1, n=k.
- Equipement électronique selon la revendication 2, dans lequel on a q=1, k>1, n=1.
- Equipement électronique selon la revendication 2, dans lequel on a q>1, k≥1.
- Equipement électronique selon l’une des revendications 2 à 6, dans lequel on a :R=0.
- Equipement électronique selon l’une des revendications 2 à 7, dans lequel on a :Q=0.
- Equipement électronique selon l’une des revendications 2 à 8, dans lequel les polynômesP,QetRsont des polynômes de degré 5.
- Equipement électronique selon l’une des revendications précédentes, l’équipement électronique étant une enceinte connectée (11) intégrant la chaîne d’émission (13) et le microphone (12), et étant agencée pour mettre en œuvre un assistant vocal.
- Procédé de réglage d’un équipement électronique selon l’une des revendications 2 à 10, mis en œuvre préalablement à une mise en service de l’équipement électronique, et comprenant les étapes, pour déterminer des coefficients des polynômesP,QetR, de :
- faire diffuser, à faible volume, par la chaîne d’émission (13), un premier signal audio de test émis, et enregistrer un premier signal audio de test reçu produit par le microphone (12) ;
- déterminer une réponse linéaireHde la chaîne d’émission et d’un environnement de test en comparant le premier signal audio de test émis et le premier signal audio de test reçu ;
- calculer une réponse linéaire inverseH -1 ;
- faire diffuser, à fort volume, par la chaîne d’émission, un deuxième signal audio de test émis, et enregistrer un deuxième signal audio de test reçu produit par le microphone ;
- calculer un produit de convolution de la réponse linéaire inverseH -1 et du deuxième signal audio de test reçu pour obtenir un signal rectifié ;
- déterminer les coefficients des polynômes à partir du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié. - Procédé de réglage selon la revendication 11, dans lequel le premier signal audio de test émisx 0 (t)est tel que :
avec :
où T est une durée du premier signal audio de test émisx 0 (t),ω 1 est une fréquence limite basse etω 2 est une fréquence limite haute du haut-parleur (15). - Procédé de réglage selon la revendication 11, dans lequel on aR=0, dans lequel le modèle est défini par :
le procédé de réglage comprenant l’étape de résoudre le système d’équations suivant par la méthode des moindres carrés :
les valeursx(i) etŷ(i)étant respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié, les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N etq 1 ,q 2 , …q N étant les coefficients des polynômesPetQ. - Procédé de réglage selon la revendication 11, dans lequel on aR≠0, dans lequel le modèle est défini par :
le procédé de réglage comprenant l’étape de résoudre le système d’équations suivant par la méthode des moindres carrés :
les valeursx(i)etŷ(i)étant respectivement les valeurs du deuxième signal audio de test émis et du signal rectifié, les inconnues du systèmep 1 ,p 2 , …p N ,q 1 ,q 2 , …q N ,r 1 ,r 2 ,…,r N étant les coefficients des polynômesP,QetR. - Procédé de réglage selon la revendication 14, comprenant en outre les étapes d’améliorer la détermination des coefficients des polynômes selon un processus itératif en calculant un signal simuléȳtel que :
puis en utilisant le signal simulé pour recalculer les coefficients des polynômes en résolvant par la méthode des moindres carrés le système :
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|---|---|---|---|
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| FR (1) | FR3112017A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3133670A1 (fr) * | 2022-06-14 | 2023-09-22 | Sagemcom Broadband Sas | Auto-diagnostic d’un équipement électrique par empreinte sonore |
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| EP0811301A1 (fr) * | 1995-02-24 | 1997-12-10 | Ericsson Inc. | Systeme et procede de precompensation adaptative de distorsions de haut-parleur |
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2020
- 2020-11-25 FR FR2012140A patent/FR3112017A1/fr active Pending
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