TITRE : DISPOSITIF DE TRAITEMENT D’UN SIGNAL, SYSTEME AUDIO, ENCEINTES ACOUSTIQUES, RESONATEUR ACOUSTIQUE, ET PORTE SONORISEE DE VEHICULE ASSOCIES

Domaine technique

L’invention se rapporte au domaine des dispositifs de traitement sonore, c’est-à-dire des dispositifs générant un signal analogique ou numérique de sortie, conçu pour alimenter un haut- parleur à partir d’un signal analogique ou numérique d’entrée.

En particulier, l’invention porte sur un dispositif de traitement d’un signal analogique ou numérique permettant de limiter les non-linéarités du haut-parleur auquel il est associé. Plus précisément, l’invention permet avantageusement de réduire les distorsions sonores du haut- parleur tout en conservant une grande amplitude d’intensité sonore.

L’invention intègre la charge acoustique vue par le haut-parleur et trouve une multitude d’applications, dont l’utilisation du haut-parleur dans des enceintes et résonateurs acoustiques simples ou complexes. L’invention trouve par exemple une application particulièrement avantageuse pour sonoriser une portière de véhicule nécessitant des haut-parleurs toujours plus petits et plus légers.

Technique antérieure

Par définition, un haut-parleur est un dispositif permettant de transformer un signal électrique en ondes acoustiques. Pour ce faire, le moteur d’un haut-parleur est classiquement constitué d’un aimant permanent et d’une bobine, mobile à l’intérieur du champ de l’aimant. Le signal électrique présent aux bornes du haut-parleur est converti en un courant électrique qui parcourt la bobine. Sous l’effet de ce courant, la bobine est mise en mouvement et transmet cette force motrice à une membrane qui engendre à son tour une onde de compression dans l’air qui l’entoure.

Dans un régime linéaire, pour une fréquence donnée, l’accélération de la bobine est proportionnelle au courant qui la traverse. Cependant, plus le courant circulant dans la bobine a une forte intensité, plus le haut-parleur présente des non-linéarités entrainant des distorsions potentiellement audibles du son produit par le haut-parleur.

Les non-linéarités peuvent provenir notamment du manque d’uniformité du champ magnétique dans lequel baigne la bobine. En effet, plus le courant électrique circulant dans la bobine est intense, plus celle-ci aura une grande amplitude de déplacement, allant jusqu’à partiellement sortir de la zone où le champ magnétique de l’aimant est uniforme.

Les non-linéarités peuvent également provenir des suspensions mécaniques du haut-parleur. En effet, pour de grandes amplitudes de déplacement, la raideur de ces suspensions ne reste pas constante.

Les non-linéarités peuvent encore provenir de la charge acoustique du haut-parleur et être dues par exemple à la présence de vibrations ou de courts-circuits acoustiques au niveau de la charge acoustique vue par le haut-parleur.

Il est possible de repousser l’apparition de ces non-linéarités en augmentant les dimensions du haut-parleur. Cependant, il existe un réel besoin de miniaturisation des haut-parleurs pour sonoriser des surfaces de plus en plus légères et compactes. Par exemple, les constructeurs automobiles souhaitent réduire au maximum les dimensions et le poids des véhicules pour minimiser la consommation de carburant. Pour ce faire, il est recherché d’intégrer des haut- parleurs de faibles dimensions, c’est-à-dire des haut-parleurs dont le diamètre de la membrane est inférieur à 10 cm. Un compromis est donc réalisé entre la qualité du son et l’espace laissé disponible pour le haut-parleur.

En outre, pour obtenir un son de qualité avec un haut-parleur de faibles dimensions, il est connu de limiter le signal analogique en fréquence et/ou en amplitude via l’utilisation de filtres ou de compresseurs et/ou limiteurs. Cette solution a pour effet de limiter le niveau sonore maximum émis par le haut-parleur.

Il existe également des systèmes permettant d’agir sur le signal analogique de commande du haut-parleur pour compenser les distorsions sonores liées aux non-linéarités du haut-parleur. De tels système nécessitent de déterminer les caractéristiques du haut-parleur et de son environnement de fonctionnement afin de créer un modèle mathématique permettant d’estimer les distorsions risquant d’apparaitre sur le haut-parleur en fonction du signal analogique appliqué au haut-parleur.

Par exemple, le document US 2017/0019732 décrit un dispositif de traitement 300 schématisé sur la figure 1 de l’état de la technique. Ce dispositif de traitement 300 reçoit un signal analogique d’entrée Si et fournit un signal analogique de sortie So pour alimenter un haut- parleur 13 par l’intermédiaire d’un amplificateur 18. Le dispositif de traitement 300 comporte un module d’estimation 310 des déplacements attendus Da de la membrane du haut-parleur 13 en fonction du signal analogique d’entrée Si. A partir de ces déplacements attendus Da, un module 320 détermine le signal So à transmettre au haut-parleur 13 pour obtenir les déplacements attendus Da, compte tenu des non-linéarités du haut-parleur 13.

Pour ce faire, le module 320 utilise un modèle mathématique prenant en compte les non- linéarités d’un haut-parleur et permettant de modifier, en temps réel, le signal analogique de commande du haut-parleur pour produire un son présentant des distorsions réduites en limitant la fréquence et/ou l’intensité du signal analogique uniquement lorsque le modèle mathématique indique que des distorsions risquent d’apparaitre sur le haut-parleur.

Ce système de contrôle permet effectivement de limiter les distorsions du haut-parleur et de conserver le volume sonore tant que les signaux électriques adressés au haut-parleur ne risquent pas de l’endommager. En revanche, lorsque le modèle mathématique détecte un risque d’endommagement d’origine électrique et/ou mécanique du haut-parleur, le signal électrique envoyé au haut-parleur est bridé et présente une limite haute d’amplitude sonore, au-delà de laquelle l’utilisateur ne peut plus augmenter le volume sonore, même en appliquant une commande plus importante.

Le problème technique que propose de résoudre l’invention est de mettre en œuvre un système de contrôle d’un haut-parleur permettant de limiter les distorsions tout en conservant une plus grande liberté de commande par l’utilisateur.

Résumé de l’invention

Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose de traiter une partie seulement du signal d’entrée, en utilisant un module d’estimation des déplacements attendus et un module de détermination du signal de commande à appliquer pour obtenir des déplacements proches des déplacements attendus, et de ne pas traiter la partie restante du signal d’entrée.

Pour commander le haut-parleur, la partie non traitée est ajoutée à la partie traitée pour former le signal de sortie.

Ainsi, si le module de détermination détecte que le haut-parleur risque de provoquer des distorsions pour un signal d’entrée donné, la portion du signal passant par le module de détermination sera potentiellement bridée, mais l’utilisateur pourra toujours augmenter le volume sonore car au moins une portion du signal amplifié ne sera pas bridée. L’invention permet donc d’accroitre la liberté de commande de l’utilisateur, car celui-ci pourra bénéficier d’un son sans distorsion tant qu’il maintient le niveau sonore en dessous de la limite imposée par le module de détermination, mais il aura également la possibilité de continuer d’augmenter le niveau sonore s’il le désire. Pour ce faire, l’utilisateur devra cependant accepter un risque de distorsion plus élevée, car le signal proviendra alors de la portion non-traitée du signal.

En d’autres termes, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif de traitement d’un signal d’entrée, générant un signal de sortie conçu pour alimenter un haut-parleur directement ou indirectement par l’intermédiaire d’un amplificateur, ledit dispositif comportant une ligne de traitement comprenant : un module d’estimation des déplacements attendus du haut-parleur en fonction du signal d’entrée ; et un module de détermination d’un signal de commande adaptatif à transmettre au haut-parleur, c’est-à-dire un signal déterminé numériquement à partir d’un déplacement attendu de la membrane.

L’invention est caractérisée en ce que le dispositif de traitement comporte en outre : au moins une ligne de transmission du signal d’entrée délivrant au moins un signal de commande non adaptatif, c’est-à-dire un signal provenant directement ou indirectement du signal d’entrée ; et un sommateur délivrant le signal de sortie en réalisant la somme du signal de commande adaptatif et de l’au moins un signal de commande non adaptatif.

Le module de détermination est par exemple configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées visant à déterminer le signal à transmettre au haut-parleur pour obtenir le déplacement attendu de la membrane, le système d’équations différentielles couplées représentant le haut-parleur, considéré comme transducteur non linéaire, et l’environnement du haut-parleur.

Au sens de l’invention, un haut-parleur présente des caractéristiques et une géométrie. Les caractéristiques sont des grandeurs physiques telles que la masse de l’équipage mobile, la résistance mécanique ou encore la compliance des suspensions du haut-parleur. La géométrie du haut-parleur peut correspondre aux côtes mécaniques, comme la surface rayonnante de sa membrane. Selon les caractéristiques et la géométrie prises en compte, les équations résultantes peuvent être linéaires ou non-linéaires. Les équations différentielles couplées sont résolues en fonction des déplacements attendus de la membrane du haut-parleur associé au dispositif de l’invention. Pour ce faire, le module d’estimation détermine le déplacement attendu de la membrane en fonction du signal d’entrée. Pour un exemple très simplifié, si le signal d’entrée correspond à un signal sinusoïdal avec une fréquence de 440Hz, le déplacement attendu de la membrane est sinusoïdal, de même fréquence, et le signal sonore attendu créé par le haut-parleur correspond à la note musicale « La », exempte de distorsion. En fonction de l’amplitude recherchée de cette réponse sonore, les non-linéarités du haut-parleur peuvent dégrader la qualité de la réponse sonore.

Pour limiter ce phénomène, la résolution du système d’équations différentielles couplées vise à déterminer quel signal électrique réel doit être transmis au haut-parleur pour obtenir le déplacement attendu de la membrane, et donc la réponse sonore attendue.

Le signal de commande adaptatif est ainsi généré suite à la résolution système d’équations différentielles couplées du module de détermination. Si le signal de commande attendu est analogique, ce signal de commande est classiquement obtenu par un convertisseur numérique/analogique après une résolution numérique du système d’équations différentielles couplées.

De préférence, la fréquence d’échantillonnage de génération du signal de commande adaptatif est choisie la plus grande possible tout en restant calibrée sur la vitesse de résolution des équations différentielles couplées, de sorte à limiter les distorsions introduites par la conversion numérique/analogique.

En outre, pour obtenir une modélisation précise du haut-parleur dans son environnement, le système d’équations différentielles couplées intègre préférentiellement des paramètres représentant le haut-parleur, considéré comme transducteur non linéaire, et les paramètres de l’environnement du haut-parleur, typiquement sa charge acoustique. Pour prendre en compte les paramètres non-linéaires du haut-parleur, le système d’équations différentielles couplées intègre préférentiellement la définition géométrique et les caractéristiques linéaires et non linéaires du haut-parleur. Pour prendre en compte les paramètres de l’environnement du haut- parleur, le système d’équations différentielles couplées intègre préférentiellement la définition géométrique et les caractéristiques de l’environnement, éventuellement estimées à partir d’hypothèses sur les variations de flux d’air au niveau du haut-parleur et dans son environnement. Dans un premier exemple, le haut-parleur est intégré dans une enceinte acoustique comportant un caisson arrière, le module de détermination peut être configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées représentant :

- la définition géométrique et les caractéristiques du haut-parleur ; et

- les dimensions du caisson.

Typiquement l’enceinte acoustique peut comporter un caisson dont le volume est clos, le caisson est alors monté à l’arrière d’un haut-parleur de sorte à former sa charge acoustique.

Dans un deuxième exemple, le haut-parleur est intégré dans une enceinte acoustique comportant un caisson arrière et au moins un évent, le module de détermination peut alors être configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées représentant :

- la définition géométrique et les caractéristiques du haut-parleur ;

- les dimensions du caisson ; et

- les caractéristiques de l’au moins un évent.

Dans un troisième exemple, le haut-parleur est intégré dans une enceinte acoustique comportant un caisson arrière et au moins un radiateur, le module de détermination peut alors être configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées représentant :

- la définition géométrique et les caractéristiques du haut-parleur ;

- les dimensions du caisson ; et

- les caractéristiques de l’au moins un radiateur.

Dans un quatrième exemple, le haut-parleur est intégré dans un résonateur acoustique comportant au moins deux caissons communiquant par au moins un évent et/ou au moins un pont acoustique. Le module de détermination peut alors être configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées représentant :

- la définition géométrique et les caractéristiques du haut-parleur ;

- les dimensions de chaque caisson ; et

- les caractéristiques de l’au moins un évent et/ou au moins un pont acoustique.

Dans un cinquième exemple, le haut-parleur est intégré dans une portière de véhicule, le module de détermination peut être configuré pour résoudre un système d’équations différentielles couplées représentant : la définition géométrique et les caractéristiques du haut-parleur ; les caractéristiques du panneau de porte ; les dimensions des différents volumes de la portière : le volume du caisson intégrant le haut- parleur et le volume périphérique formé entre une face avant dudit caisson et le panneau de porte ; et les caractéristiques des ponts acoustiques entre ces volumes de la portière, les ponts acoustiques étant constitués par au moins une feuille d’étanchéité et d’éventuels courts-circuits acoustiques.

En outre, le module de détermination reçoit préférentiellement des mesures de paramètres de fonctionnement du haut-parleur, de sorte que le système d’équations différentielles couplées du module de détermination intègre également l’évolution des paramètres du haut-parleur au cours du temps. En effet, les paramètres du haut-parleur sont amenés à évoluer au cours du temps d’utilisation du haut-parleur. Par exemple, l’impédance augmente avec Réchauffement de la bobine, tout comme la souplesse des suspensions. Afin de prendre en compte cette évolution, le dispositif inclut, par exemple, une boucle de contre-réaction avec prélèvement des informations de tension et de courant au niveau du haut-parleur et le système d’équations différentielles couplées peut être résolu en temps réel en prenant en compte ces informations de sorte à améliorer la précision de génération du signal de commande adaptatif.

Bien que le signal de commande adaptatif soit conçu numériquement et sur mesure, des traitements numériques et/ou analogiques peuvent être réalisés dans la ligne de traitement. De même, le signal d’entrée peut subir des opérations de pré-traitement avant de fournir le signal de commande non adaptatif.

Selon un mode de réalisation, la ligne de traitement comporte un filtre passe-bas et une ligne de transmission du signal d’entrée comporte un filtre passe-haut. Autrement dit, le signal d’entrée peut être séparé en deux composantes fréquentielles : les fréquences hautes, qui ne sont pas modifiées, et les fréquences basses qui sont modifiées par le dispositif.

Ce mode de réalisation est issu d’une observation selon laquelle ce sont les fréquences basses qui subissent le plus les distorsions. Ainsi, concentrer le traitement sur les fréquences basses permet de réduire le temps de traitement et la mémoire utilisée car le traitement des signaux hautes fréquences nécessite une fréquence d’échantillonnage et un temps de traitement beaucoup plus importants.

De préférence, le dispositif de traitement comporte deux lignes de transmission du signal d’entrée délivrant deux signaux de commande non adaptatifs : une première ligne de transmission comportant le filtre passe-haut ; et une seconde ligne de transmission comportant un filtre passe-bas. Ce mode de réalisation permet de transmettre également une partie non traitée en basse fréquence.

La répartition du signal d’entrée entre les différentes lignes peut être modulée en fonction des besoins. Pour ce faire, la ligne de traitement et l’au moins une ligne de transmission comportent préférentiellement un pondérateur permettant de maitriser la fraction de signal adressée.

En outre, bien que les lignes de transmission permettent à l’utilisateur d’augmenter le volume sonore au-delà des conditions de limitation imposées par le module de détermination pour limiter les distorsions du haut-parleur, l’augmentation du volume par l’utilisateur peut conduire le haut-parleur dans une zone de fonctionnement qui risque de le dégrader.

Pour protéger le haut-parleur, l’au moins une ligne de transmission et/ou ladite ligne de traitement comportent un compresseur et/ou limiteur configuré pour brider le signal de commande s’il dépasse un seuil de dégradation du haut-parleur.

En outre, un compresseur et/ou limiteur peut également être placé sur la ligne de traitement pour filtrer les solutions non réalistes sur lesquelles peut converger ledit module de détermination.

Par ailleurs, il existe plusieurs implémentations possibles du dispositif de traitement dans lesquelles le haut-parleur peut être commandé en tension ou en courant sans modifier l’objet de l’invention. De préférence, le module d’estimation est commandé en tension pour estimer les déplacements attendus. Ainsi, lorsque le signal de sortie correspond à un signal en courant, le module d’estimation est connecté sur la tension du signal d’entrée alors que l’au moins une ligne de transmission est connectée sur une modélisation du courant parcourant la bobine, le module de détermination étant configuré pour déterminer un signal de commande adaptatif en courant.

L’estimation du courant traversant la bobine repose sur la modélisation linéaire du haut-parleur et sur la connaissance de la tension d’entrée.

Dans un mode de réalisation particulier, le signal d’entrée et/ou le signal de sortie est un signal analogique. En variante, le signal d’entrée et/ou le signal de sortie est un signal numérique.

Selon un deuxième aspect, l’invention porte également sur un système audio intégrant un dispositif de traitement selon le premier aspect de l’invention, générant un signal de sortie à partir d’un signal d’entrée, et un haut-parleur connecté au signal de sortie par l’intermédiaire d’un amplificateur. Selon un troisième aspect, l’invention porte sur le traitement des informations de tension aux homes du haut-parleur et des informations de courant circulant dans la bobine. Ceci permet d’intégrer au dispositif de traitement du haut-parleur l’évolution de ses caractéristiques électriques et/ou mécaniques au cours du fonctionnement.

Selon un quatrième aspect, l’invention concerne une enceinte acoustique intégrant un système audio selon le deuxième aspect de l’invention. L’enceinte acoustique peut comporter au moins un évent et/ou au moins un radiateur.

Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un résonateur acoustique comportant au moins deux caissons communiquant par au moins un évent et/ou au moins un pont acoustique, ledit résonateur intégrant un système audio selon le deuxième aspect de l’invention.

Selon un sixième aspect, l’invention concerne une portière sonorisée de véhicule intégrant un système audio selon le deuxième aspect de l’invention.

Description sommaire des figures

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaitront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées suivantes.

[Figl] La figure 1 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement de l’état de la technique ;

[Fig2] La figure 2 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

[Fig3] La figure 3 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig4] La figure 4 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig5] La figure 5 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig6] La figure 6 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ; [Fig7] La figure 7 est une représentation schématique d’un système audio intégrant un dispositif de traitement selon un sixième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig8] La figure 8 est une représentation schématique des opérations réalisées par le module de prise en comptes des paramètres du haut-parleur en temps réel selon le sixième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig9] La figure 9 est une représentation schématique d’une enceinte acoustique présentant un caisson clos incluant un haut-parleur selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig 10] La figure 10 est une représentation schématique d’une enceinte acoustique comportant un évent et incluant un haut-parleur selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig11] La figure 11 est une représentation schématique d’une enceinte acoustique comportant un radiateur et incluant un haut-parleur selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Fig 12] La figure 12 est une représentation schématique d’un résonateur acoustique formé de plusieurs caissons communiquant par des évents et/ou des ponts acoustiques et incluant un haut- parleur selon un mode de réalisation de l’invention ;

[Figl 3] La figure 13 est une représentation schématique d’une portière de véhicule incluant un haut-parleur ; et

[Figl4] La figure 14 illustre des courbes comparatives d’évolution des déplacements de la membrane du haut-parleur de la figure 1 en présence ou non du dispositif de traitement de l’invention.

Manières possibles de réaliser l’invention

Dans toute la description qui suit et en l’absence de précisions supplémentaires, un signal peut correspondre à un signal analogique ou numérique. Un exemple est notamment présenté avec un signal d’entrée analogique.

Tel qu'illustré sur la figure 2, l'invention porte sur un dispositif de traitement 30a dans lequel un signal d'entrée Si est réparti entre deux lignes distinctes : une ligne de transmission L1 et une ligne de traitement Lt. La ligne de traitement Lt comporte un module d'estimation 31 des déplacements attendus Da de la membrane d’un haut-parleur 13 en fonction du signal d'entrée Si, ainsi qu'un module de détermination 32 du signal de commande adaptatif CmdA à transmettre au haut-parleur 13 pour approcher au mieux les déplacements attendus Da, tout en prenant en compte les non-linéarités du haut-parleur 13.

La ligne de traitement Lt permet ainsi d'obtenir un signal de commande adaptatif CmdA alors que la ligne de transmission L1 permet d'obtenir un signal de commande Cmdl non adaptatif. Ces deux signaux de commande Cmdl et CmdA sont associés à un sommateur 14 de sorte à obtenir le signal de sortie So. De manière classique, ce signal de sortie So est conçu pour alimenter le haut-parleur 13, par exemple par l’intermédiaire d’un amplificateur 18.

De préférence, pour limiter les contraintes de calcul du signal de commande adaptatif CmdA, un filtre passe-bas 16 est appliqué sur la ligne de traitement Lt de sorte que seules les basses fréquences du signal d'entrée Si soient traitées par la ligne de traitement Lt. Dans ce mode de réalisation, la ligne de transmission L1 comporte un filtre passe-haut 15, pour transmettre uniquement les hautes fréquences sans traitements. Ainsi, dans l'exemple de la figure 2, le signal de sortie So est constitué de la partie haute du spectre fréquentiel du signal d'entrée Si, qui ne comporte aucun traitement et de la partie basse du spectre fréquentiel, entièrement créé par le module de détermination 32 pour limiter les défauts de non linéarité du haut-parleur 13 dans les basses fréquences.

En variante, tel qu'illustré sur la figure 3, une partie des basses fréquences peut également être transmise par une seconde ligne de transmission L2. Ainsi, la seconde ligne de transmission L2 délivre un signal de commande non-adaptatif Cmd2 en passant par un filtre passe-bas 17. De préférence, les différentes lignes de transmission L1-L2 et de traitement Lt comportent des pondérateurs a, P ou γ du signal d'entrée Si. Par exemple, chacune de ces pondérations a, P ou γ peut être comprise entre 0 et 1.

Tel qu'illustré sur la figure 3, le pondérateur γ ainsi que le filtre passe-bas 16 de la ligne de traitement Lt peuvent être placés avant le module d'estimation 31 des déplacements attendus Da. En variante, tel qu'illustré sur la figure 4, il est possible d'estimer les déplacements attendus Da avant d'appliquer la pondération γ et le filtre passe-bas 16 de la ligne de traitement Lt.

En outre, au moins une ligne de transmission L1-L2 peut intégrer un compresseur et/ou limiteur 21 de sorte à brider le signal de commande correspondant s'il dépasse une valeur seuil de dégradation du haut-parleur. De même, la ligne de traitement Lt peut également intégrer un compresseur et/ou limiteur 11 de sorte à limiter les déplacements à des valeurs réalistes, tel qu'illustré sur la figure 4. En outre, le module de détermination 32 peut éventuellement conduire à délivrer des signaux électriques dépassant une valeur seuil de dégradation du haut-parleur 13 et un compresseur et/ou limiteur 10 peut être disposé pour brider le signal électrique issu du module de détermination 32.

Sur les figures 3 et 4, la ligne de transmission L2 ainsi que la ligne de traitement Lt présentent des filtre passe-bas 16 et 17 et des compresseurs et/ou limiteurs 11 et 21. Pour limiter le nombre de composants, il est possible de mutualiser les filtres passe-bas 16 et 17 en un filtre passe- bas 17’ ainsi que les compresseurs et/ou limiteurs 11 et 21 en un compresseur et/ou limiteur 21’. Ainsi, après le filtre passe-bas 17’ et le compresseur et/ou limiteur 21’ de la figure 5, le dispositif de traitement 30d comporte une ligne de transmission L2’ intégrant uniquement le pondérateur réglant le gain P et, en parallèle de cette ligne de transmission L2’, la ligne de traitement Lt. Tel que décrit précédemment en référence aux autres modes de réalisation, cette ligne de traitement Lt comporte : le pondérateur réglant le gain y, puis le module d'estimation 31, un autre compresseur et/ou limiteur 11, le module de détermination 32 ainsi que le compresseur limiteur 10 configuré pour protéger électriquement le haut-parleur 13.

Par ailleurs, le haut-parleur 13 peut être commandé en courant ou en tension, si bien que les dispositifs de traitement 30a-30e des figures 2 à 6 peuvent être utilisés pour délivrer un signal de sortie So en courant ou en tension.

De préférence, lorsqu'il est attendu d'obtenir un signal de sortie So en courant, le module d'estimation 31 est tout de même connecté à l'information de tension du signal d’entrée Si. En effet, un tel module d'estimation 31 est plus simple à réaliser sur la base de l'estimation de la tension.

Quelle que soit l'entrée du module d'estimation 31, les déplacements attendus Da sont exprimés classiquement en unité de distance et le module de détermination 32 peut tout aussi bien être configuré pour fournir un signal de commande adaptatif CmdA en courant ou en tension.

Dans l’exemple de la figure 6, le signal d’entrée Si injecté est une tension Si(t) pour la ligne de traitement Lt et un courant Si(c) pour les deux lignes de transmission L1 et L2. Le module de détermination 32 est configuré pour fournir un signal de commande adaptatif CmdA(c) en courant. Pour ce faire, le signal Si(t) peut être directement prélevé sur le signal d’entrée et le signal Si(c) peut être issu d’une modélisation et être calculé par le module d’estimation du courant attendu 34. La figure 7 représente la prise en compte en temps réel des modifications des paramètres électriques et/ou mécaniques du haut-parleur 13 en cours de fonctionnement. Pour ce faire, les valeurs instantanées de tension Uhp aux bornes du haut-parleur et de courant Ihp circulant dans la bobine sont adressées au module 35 d’ajustement des paramètres électriques et/ou mécaniques du haut-parleur. Ces derniers sont manipulés par le bloc de détermination 32 de commande de signal adaptatif CmdA(c).

Bien entendu, il est possible de combiner ces différents modes de réalisation en fonction des besoins de l'application. Par exemple, il est possible de combiner les modes de réalisation des figures 5 et 6, c'est-à-dire en mutualisant les deux filtres passe-bas 16 et 17 ainsi que les compresseur et/ou limiteur 11 et 21 de la figure 6, tel que réalisé sur la figure 5, tout en utilisant un module d'estimation 31 prenant en compte la tension du signal d'entrée Si(t) alors que les lignes de transmission L1-L2’ prennent en compte une modélisation du courant parcourant la bobine Si(c). En effet, la transformation opérée dans le module d'estimation 31 permet de s'affranchir du type d'unité utilisé pour la ligne de traitement Lt.

De même, sur les figures 2 à 6, il est possible d’intégrer le module 35 d’ajustement des paramètres électriques et/ou mécaniques du haut-parleur 13 entre le haut-parleur 13 et le module 32 de détermination des signaux de commande adaptatifs CmdA, CmdA(c), tel qu’illustré sur la figure 7.

Quelle que soit la topologie du dispositif de traitement 30a-30f, le module de détermination 32 est configuré pour résoudre un système d'équations différentielles couplées représentant les non-linéarités du haut-parleur 13 et les caractéristiques de l'environnement du haut-parleur 13.

La figure 8 détaille le principe de traitement par le module 35 des valeurs instantanées de tension Uhp et de courant Ihp au niveau du haut-parleur 13. En pratique, les valeurs instantanées de tension Uhp et de courant Ihp sont relevées pendant une période d’observation donnée. De préférence, le nombre de points relevés est égal à une puissance de 2, typiquement 2 ¹¹⁼ 2048 points. Une pondération temporelle, typiquement une pondération de Hanning, peut- être appliquée.

Le module 35 réalise ensuite une première étape 100 de calcul du spectre fréquentiel des valeurs instantanées de tension Uhp et de courant Ihp. En pratique, l’algorithme connu sous le nom de « fast fourier transform » peut être utilisé pour calculer ces spectres. Par exemple, pour une réactualisation des paramètres du haut-parleur toutes les 15 secondes, l’algorithme « fast fourier transform » peut être configuré avec une fréquence d’échantillonnage de 44100Hz et une captation de 2048 points. Ainsi, 323 paires de spectres de la tension Uhp et du courant Ihp sont obtenus.

Généralement, les spectres obtenus comportent du bruit. Pour résoudre ce problème, la seconde étape 101 est une exploitation statistique des spectres obtenus, visant notamment à éliminer les spectres inexploitables et à éliminer le bruit par moyennage sur plusieurs mesures. Cette exploitation peut, par exemple, s’appuyer sur l’analyse de l’histogramme des spectres.

L’étape 102 réalise ensuite le calcul de l’impédance dynamique, définie à partir du rapport des spectres de la tension Uhp et du courant Ihp

A partir de la courbe d’impédance électrique dynamique, il est possible : d’en analyser le module dans l’étape 103, et d’en analyser la phase dans l’étape 104.

A partir du module de la courbe d’impédance électrique dynamique, l’étape 105 de calcul de la résistance en continu dynamique Re est réalisée.

A partir de la phase de la courbe d’impédance électrique dynamique, la fréquence de résonance dynamique fs, est calculée dans l’étape 106, puis la compliance mécanique dynamique Cms(x) des suspensions du haut-parleur 13 est estimée à partir de la fréquence de résonance dynamique fs dans l’étape 107.

La valeur de la résistance dynamique en continu Re du haut-parleur correspond à la limite du module de l’impédance pour des fréquences tendant vers zéro et la valeur de la fréquence de résonance dynamique fs du haut-parleur correspond à la première fréquence non nulle d’annulation de la phase selon les fréquences croissantes.

La compliance mécanique dynamique Cms(x) des suspensions est estimée à partir de la relation suivante :

[Mathl] Cms(x)/Cms0(x) = h[(fs0/fs) ² ] dans laquelle : fsO est la fréquence de résonance nominale du haut-parleur dans son environnement ; fs est la fréquence de résonance dynamique du haut-parleur dans son environnement ; Cms0(x) est la compliance mécanique nominale des suspensions du haut-parleur ; Cms(x) est la compliance mécanique dynamique des suspensions du haut-parleur ; h est une fonction reliant Cms(x). / Cms0(x) et (fs0/fs) ² . Cette fonction est déterminée expérimentalement. En particulier, h est la fonction « identité » dans le cas d’un haut-parleur à l’air libre.

Ainsi, le module 35 d’ajustement des paramètres électriques et/ou acoustiques permet d’estimer les variations au cours du fonctionnement du haut-parleur 13 des deux paramètres Re et Cms(x) manipulés par le module 32 de détermination des signaux de commande adaptatifs CmdA, CmdA(c).

Les figures 9 à 13 illustrent des exemples concrets d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné respectivement :

- dans une enceinte acoustique close,

- dans une enceinte acoustique présentant un évent,

- dans une enceinte acoustique présentant un radiateur,

- dans un résonateur acoustique formé de caissons en série reliées par des évents et/ou ponts acoustiques, et

- dans une portière de voiture.

De manière générale et dans chacun de ces exemples, les parties vibrantes de l’ensemble constitué du haut-parleur et de sa charge acoustique sont identifiées.

Au sens de l’invention, les parties vibrantes désignent l’ensemble des parties du haut-parleur et de son environnement dont les vibrations sont directement ou indirectement liées au déplacement de la membrane.

Les parties vibrantes sont respectivement :

- pour la figure 9 : la membrane du haut-parleur 13,

- pour la figure 10 : la membrane du haut-parleur 13 et l’air dans l’évent 90,

- pour la figure 11 : la membrane du haut-parleur 13 et la membrane du radiateur 91,

- pour la figure 12 : la membrane du haut-parleur 13 et l’air dans chacun des évents et/ou ponts acoustiques 93 ₁ -93(p-1), et

- pour la figure 13 : la membrane du haut-parleur 13, l’air au niveau du court-circuit acoustique 84, la feuille d’étanchéité 83 et le panneau de porte 85.

Ces parties vibrantes forment une partition, au sens mathématique, de l’ensemble des parties vibrantes du haut-parleur et de son environnement, du fait d’un couplage, au sens mécanique et/ou acoustique, avec la membrane du haut-parleur. Les déplacements, supposés uniformes, de chacune de ces parties vibrantes, auxquelles s’ajoute le courant parcourant la bobine mobile du haut-parleur 13, constituent les variables du système d’équations différentielles couplées.

Ainsi, si n parties vibrantes, autres que la membrane du haut-parleur 13, sont identifiées, le nombre d’équations différentielles couplées est égal à (n+2).

La formulation générale du système d’équations différentielles couplées est alors la suivante :

[Math2]

Dans cette formulation, l’équation (1) est l’équation différentielle électrique du haut-parleur 13, décrivant le courant i(t) parcourant sa bobine, et l’équation (2) est l’équation différentielle mécanique du haut-parleur 13, décrivant le déplacement x(t) de sa membrane. Les équations différentielles couplées (3-1) à (3-n) lient le déplacement de la membrane aux déplacements des n autres parties vibrantes, les fonctions f, g ₁ — g _n établissant les liens mécaniques ou acoustiques entre les variables

La figure 9 illustre un exemple concret d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné dans une enceinte acoustique close.

Dans ce cas, les variables du système d’équations différentielles couplées sont : le courant traversant la bobine du haut-parleur 13 et le déplacement de sa membrane. Le système s’écrit alors :

[Math3]

Dans ces équations différentielles couplées : x(t) correspond au déplacement de la bobine du haut-parleur 13 ; VI est le volume du caisson 89 ;

Sd est la surface rayonnante de la membrane du haut-parleur 13 ;

P0 est la pression statique atmosphérique ; et γ = 1,4 est le rapport des chaleurs massiques de l’air à pression et volume constants.

La figure 10 illustre un exemple concret d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné dans une enceinte acoustique comportant un évent 90.

Dans ce cas, les variables du système d’équations différentielles couplées sont : le courant traversant la bobine du haut-parleur 13, le déplacement de sa membrane et le déplacement de l’air dans l’évent 90. Le système s’écrit alors :

[Math4]

Dans ces équations : x(t) correspond au déplacement de la bobine du haut-parleur 13 ; x1(t) correspond au déplacement de l’air dans l’évent 90 ;

V1 est le volume du caisson 89 ;

Sd est la surface rayonnante de la membrane du haut-parleur 13 ;

S1 est la surface rayonnante de l’évent 90 ;

P0 est la pression statique atmosphérique ;

M1 est homogène à une masse mécanique; et γ = 1,4 est le rapport des chaleurs massiques de l’air à pression et volume constants.

La figure 11 illustre un exemple concret d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné dans une enceinte acoustique comportant un radiateur 91.

Dans ce cas, les variables du système d’équations différentielles couplées sont : le courant traversant la bobine du haut-parleur 13, le déplacement de sa membrane et le déplacement du radiateur 91. Le système s’écrit alors :

[Math5]

Dans ces équations : x(t) correspond au déplacement de la bobine du haut-parleur 13 ; x1(t) correspond au déplacement du radiateur 91 ;

V1 est le volume du caisson 89 ;

Sd est la surface rayonnante de la membrane du haut-parleur 13 ;

S1 est la surface rayonnante du radiateur 91 ;

P0 est la pression statique atmosphérique ;

M1 est homogène à une masse mécanique;

R1 est homogène à une résistance mécanique ;

C1 est homogène à une compliance mécanique ; et γ = 1,4 est le rapport des chaleurs massiques de l’air à pression et volume constants.

La figure 12 illustre un exemple concret d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné dans un résonateur acoustique formé de p caissons 93i-93(p-i) en séries communiquant par (p-1) évents et/ou ponts acoustiques.

Dans ce cas, les variables du système d’équations différentielles couplées sont : le courant traversant la bobine du haut-parleur 13, le déplacement de sa membrane et le déplacement de l’air dans les p-1 évents et/ou ponts acoustiques. Le système s’écrit alors :

[Math6]

Dans ces équations : x(t) correspond au déplacement de la bobine du haut-parleur 13 ; correspondent aux déplacements de l’air dans les évents et/ou ponts acoustiques 93i-93(p-1) ;

V1-Vp sont les volumes des caissons 92i-92(p) ;

Sd est la surface rayonnante de la membrane du haut-parleur 13 ;

S1-Sp-1 sont les surfaces des évents et/ou ponts acoustiques 931-93(p-1) ;

P0 est la pression statique atmosphérique ;

M ₁ M _p _ ₁ sont homogènes à des masses mécaniques;

R ₁ -Rp-1 sont homogènes à des résistances mécaniques ;

C1-C p-1 sont homogènes à des compliances mécaniques ; et γ = 1,4 est le rapport des chaleurs massiques de l’air à pression et volume constants.

Enfin, la figure 13 illustre un exemple concret d’environnement d’un haut-parleur 13 positionné dans une portière de véhicule.

Une portière de véhicule est schématisée, de manière simplifiée, par un haut-parleur 13 monté sur une face avant 81 d’un caisson. Ce caisson est fermé par une face arrière 82, délimitant ainsi un volume 88. Un panneau de porte 85 est également fixé sur la face avant 81 du caisson. Pour intégrer le haut-parleur 13, un volume périphérique 86 est formé entre la face avant 81 du caisson et le panneau de porte 85.

Ces volumes 86, 88 sont typiquement remplis par de l’air. En outre, ces volumes d’air 88 et 86 sont reliés par des ponts acoustiques comportant potentiellement un court-circuit acoustique franc 84 et au moins une feuille d’étanchéité 83 assimilable à une membrane. Le haut-parleur 13 rayonne dans l’habitacle et peut être recouvert d’une mousse à cellules ouvertes ou d’une grille 87 pour améliorer l’esthétisme de la portière. Toutefois, étant donné la transparence acoustique importante de cette mousse ou grille, cet organe 87 ne sera pas pris en considération dans cette schématisation. Le panneau de porte 85 est quant à lui acoustiquement assimilable à une membrane rayonnant également dans l’habitacle.

Dans ce cas, les variables du système d’équations différentielles sont : le courant traversant la bobine du haut-parleur 13, le déplacement de sa membrane, le déplacement de l’air au niveau du court-circuit acoustique 84, le déplacement de la feuille d’étanchéité 83 et le déplacement du panneau de porte 85. Le système s’écrit alors :

[Math?] Dans ces équations : x(t) correspond au déplacement de la bobine du haut-parleur 13 ; x1(t) est le déplacement de l’air au niveau du court-circuit acoustique 84 ; x2(t) est le déplacement de la feuille d’étanchéité 83 ; x3(t) est le déplacement du panneau de porte 85 ;

V1 est le volume du caisson 88 ;

V2 est le volume périphérique 86 ;

Sd est la surface rayonnante de la membrane du haut-parleur 13 ;

S1 est la section du court-circuit acoustique 84 ;

S2 est la surface de la feuille d’étanchéité 83 ;

S3 est la surface rayonnante du panneau de porte 85 ;

P0 est la pression statique atmosphérique ;

M1, M2, M3 sont homogènes à des masses mécaniques ;

R2, R3 sont homogènes à des résistances mécaniques ;

C2, C3 sont homogènes à des compliances mécaniques ; et γ = 1,4 est le rapport des chaleurs massiques de l’air à pression et volume constants.

Les paramètres M1-Mp-1 , R1-Rp-1, C1-Cp-1 apparaissant dans les systèmes d’équations

[Math4] à [Math7], et donc implicitement dans les fonctions f, g1-gn de [Math2], peuvent être par exemple déterminés expérimentalement à partir de mesures d’impédance électrique réalisées aux bornes du haut-parleur à différentes fréquences dont le nombre est supérieur ou égal au nombre de paramètres à déterminer.

Typiquement, si M désigne le nombre de paramètres à déterminer et si N désigne le nombre de fréquences considérées, avec N > M, le jeu P de paramètres cherchés pourra être estimé par la technique des moindres carrés, en cherchant à minimiser la fonction σ (P) définie comme suit :

[Math8]

Dans cette expression, désigne l’impédance électrique complexe mesurée à la fréquence ft, désigne l’impédance électrique complexe théorique à la fréquence ft déduite de l’équation électrique du modèle avec le jeu de paramètres P, désigne le module de la différence entre les impédance complexes σ(P) désigne la somme des carrés de ces modules

Afin d’optimiser l’efficacité de la détermination, et donc la convergence vers le jeu de paramètres P cherché, il est souhaitable de choisir des fréquences f1-fn pour lesquelles les modules des différences d’impédances électriques entre haut-parleur monté dans son environnement et haut-parleur à l’air libre sont aussi grands que possible.

En outre, l’évolution en fonction du temps de la résistance en courant continu Re et de la compliance mécanique des suspensions du haut-parleur Cms(x) peuvent être estimés à partir de la tension Uhp et du courant Ihp mesurés sur le haut-parleur. Le dispositif peut donc comporter une bouche de contre-réaction du courant et de la tension transmis au haut-parleur 13 pour transmettre ces valeurs au module de traitement 35, ledit module 35 délivrant les valeurs de Re et Cms(x) au module 32 de détermination du signal de commande adaptatif CmdA.

Ce système d’équations différentielles couplées permet ainsi de modéliser fidèlement le comportement du haut-parleur 13 dans son environnement réel. De préférence, le module de détermination 32 reçoit des mesures de paramètres de fonctionnement du haut-parleur 13, de sorte que le système d’équations différentielles couplées du module de détermination 32 intègre également l’évolution des paramètres du haut-parleur 13 au cours du temps.

Pour conclure, l’invention permet d’obtenir une modélisation plus efficace que les systèmes existants puisque le haut-parleur est modélisé dans son environnement réel. A titre d’exemple, la figure 14 illustre l’évolution des déplacements de la membrane du haut-parleur 13 avec le dispositif de traitement Di et sans le dispositif de traitement Dsi de l’invention pour un balayage sinusoïdal en tension d’amplitude 10Vrms imposé sur le signal analogique d’entrée Si. Tel qu’illustré sur la figure 14, les distorsions présentes sans le dispositif de traitement Dsi de l’invention sont pratiquement toutes supprimées par le dispositif de traitement 30a-30f de l’invention.

En outre, l’invention permet également d’améliorer le contrôle de l’utilisateur sur l’ensemble du système audio intégrant le dispositif de traitement 30a-30f puisque l’utilisateur peut faire le choix de continuer à monter le volume sans être bridé lorsque le module de détermination 32 détecte le seuil d’apparition des non-linéarités.