La présente invention concerne un procédé de contrôle actif acoustique de bruit(s) à bande(s) étroite(s) à microphone(s) mobile(s) ainsi qu'un système de contrôle permettant un tel contrôle actif.

Les systèmes de contrôle actif acoustique permettent de réduire/atténuer, voire supprimer des bruits perturbateurs/indésirables grâce à des moyens de génération de contre-bruits, par exemple des transducteurs acoustiques du type haut-parleur, excités par des signaux de commande produits par des moyens de calcul en fonction de signaux de mesure obtenus par des capteurs acoustiques, par exemple des microphones.

Les moyens de calcul mettent en œuvre des algorithmes de contrôle actif dont on sait qu'il en existe deux classes principales :

- Les algorithmes par anticipation (« feedforward ») qui nécessitent l'utilisation d'une source de référence corrélée avec le bruit perturbateur perçu au niveau du ou des microphones d'erreurs. Cette mesure de référence sert à alimenter un filtre dont la sortie est le signal de commande du ou des haut-parleur(s) de correction. Les coefficients des filtres sont ajustés en temps réel au moyen d'un dispositif adaptatif. Les algorithmes de la série LMS, par exemple Fx-LMS, appartiennent à cette classe.

- Les algorithmes par rétroaction (« feedback ») ou seules sont utilisées les mesures des microphones d'erreur comme signal de mesure à l'entrée de l'algorithme, indépendamment de toute référence.

Les bruits perturbateurs que le procédé et le système de contrôle actif de la présente invention se proposent de réduire, voire de supprimer, sont des bruits à bande étroite et en pratique quasi-monofréquentiels ou dans le cas de plusieurs fréquences individualisées, ces fréquences sont dans des rapports fréquentiels déterminés, notamment multiple(s) entier(s) comme dans le cas d'un bruit monofréquentiel de base et son/ses harmoniques. Ces fréquences peuvent être fixes dans le temps ou être variables.

Il a déjà été proposé un procédé et un système de contrôle actif de bruit dans le cas où la ou les fréquences à bandes étroites du bruit perturbateur sont variables avec mise en œuvre de la loi de commande décrite dans le document WO2010/136661 au nom de Monsieur Vau pour « Method and Device for narrow-band noise suppression in a vehicle passenger compartment ».

Si cette loi de commande permet d'obtenir des résultats très intéressants en termes de réduction/suppression des bruits perturbateurs, elle présente cependant une limitation en ce qui concerne le positionnement des éléments du système et de la taille de la zone dans laquelle le bruit perturbateur est contrôlé. En pratique, dans le cas d'une application dans une automobile, dans laquelle les fréquences de bruit sont basses et les passagers ne se déplacent pas dans l'habitacle, cela n'est pas un problème.

En effet, on sait, voir par exemple l'article de Elliot « A review of active noise and vibration control in road vehicles » (ISVR technical mémorandum n °981 - University of Southampton), que la zone de silence obtenue par contrôle actif autour d'un microphone d'erreur est spatialement limitée dans un rayon de l'ordre du dixième de la longueur d'onde acoustique correspondant à la bande étroite à rejeter. Ainsi dans le cas d'un bruit perturbateur de fréquence basse, par exemple 50 Hz, la longueur d'onde acoustique correspondante est, aux conditions normales de température, d'environ 6,6 m et le rayon de la zone de silence de l'ordre de 66 cm. Pour une bande étroite de fréquence élevée, par exemple de 1000 Hz, la zone de silence autour du microphone d'erreur n'est ainsi plus que d'environ 3,3 cm.

En outre, dans le cas du contrôle actif à bande étroite, notamment par une technique de rétroaction (« feedback »), on peut montrer que d'une manière générale, la marge de phase de la boucle fermée constituée du ou des hauts parleurs, du système acoustique et du ou des microphones d'erreur, ne peut guère excéder ±90° ou est même souvent, en valeur absolue, inférieure à 90° , pour la fréquence de rejet du bruit à bande étroite. Cela entraine que pour un correcteur donné, calculé à partir d'un modèle nominal obtenu en un point donné de l'espace, par exemple par une méthode d'identification, la stabilité de la boucle fermée ne peut plus être assurée dans une zone de rayon dépassant environ le quart de la longueur d'onde acoustique associée à la fréquence de rejet, autour du point donné. On conçoit donc que si le dispositif de contrôle actif est conçu pour assurer de façon adéquate le rejet en un point particulier que l'on qualifie de position nominale et correspondant à la zone contrôlée, il y a un risque de créer une instabilité, notamment effet Larsen, lorsque ledit microphone s'éloigne de cette position nominale, le risque étant d'autant plus élevé que l'écart du microphone par rapport à la position nominale augmente.

Ces contraintes peuvent expliquer la raison pour laquelle la plupart des applications en contrôle actif concernent les basses fréquences du spectre audible.

Or, dans un certain nombre d'applications, la personne devant être protégée du bruit perturbateur par le système de contrôle actif est susceptible d'être mobile et de se déplacer. C'est par exemple le cas d'un opérateur dans un atelier bruyant qui doit se déplacer dans un périmètre donné pour effectuer les tâches qui lui sont dévolues. Dans le cas d'un bruit perturbateur à bande large, l'utilisation d'un casque (actif ou passif) peut protéger efficacement des bruits perturbateurs en question. L'inconvénient du casque est de créer un isolement de l'opérateur par rapport à des signaux acoustiques d'intérêt comme par exemple la parole ou une sirène d'alarme.

Dans le cas spécifique du bruit perturbateur à bande(s) étroite(s), le port du casque a pour effet d'isoler la personne qui en est porteur des signaux acoustiques utiles qui sont dans des zones fréquentielles ne correspondant pas à celle du bruit perturbateur. Cela a pour conséquence de rendre impossible la communication de l'opérateur avec son environnement extérieur, alors même que l'atténuation acoustique de la plus grande partie du spectre audible n'est pas nécessaire.

Par ailleurs, on connaît par le document US2007/265736A1 , un procédé de contrôle acoustique pour véhicule destiné à atténuer du bruit en un emplacement donné (1 00) du véhicule. L'emplacement donné (1 00) est situé à distance de capteurs d'une boucle de traitement de signal. Ce procédé présente l'inconvénient qu'il est nécessaire de prendre en compte une fonction de transfert « R » qui, de plus, doit être estimée, pour modéliser la transmission des sons dans le véhicule. Il en résulte que le résultat dépend de cette fonction de transfert estimée contrairement à un procédé dans lequel le/les capteurs sont dans l'emplacement où l'on souhaite l'atténuation du bruit. En outre, dans le procédé présenté dans ce document US2007/265736A1 , les capteurs sont immobiles, fixes. Or, la zone dans laquelle l'atténuation est effective est de taille relativement réduite et un passager du véhicule peut se déplacer par exemple en déplaçant son siège ou abaissant son dossier, ce qui, en plus, modifie la transmission des sons dans le véhicule et ce que ce procédé ne peut pas prendre en compte.

La présente invention propose de résoudre ce problème avec une solution de contrôle actif acoustique, destinée à rejeter uniquement le bruit à bande(s) étroite(s) concerné avec mise en œuvre de microphone(s) d'erreur disposé(s) à proximité des oreilles/de chaque oreille de la personne devant être protégée du bruit, microphone(s) par exemple maintenu(s) par un dispositif de type « serre-tête ». De plus, comme la personne devant être protégée du bruit est mobile dans un espace de taille supérieure à la taille d'une zone de silence obtenue par contrôle actif autour d'un microphone d'erreur (le dixième de la longueur d'onde comme expliqué ci-dessus), des moyens de calcul sont mis en œuvre pour tenir compte des déplacements de la personne portant les microphones d'erreur, donc pour tenir compte des variations de position des microphones.

D'un point de vue technique, la variation de position du ou des microphones d'erreur entraine la variation de la fonction de transfert du ou des haut-parleurs vers le ou les microphone(s) d'erreur.

Aussi, la présente invention propose une loi de commande destinée à produire par contrôle actif une atténuation, voire suppression, d'au moins une bande étroite en fréquence d'un bruit perturbateur en un point donné de l'espace en relation avec au moins un microphone d'erreur, et qui garantit simultanément un bon niveau de performance de rejet ainsi qu'un bon degré de stabilité quel que soit l'emplacement du ou des microphones dans un espace donné qui excède par ses dimensions le quart de la longueur d'onde associée à la fréquence de rejet. Les moyens de calcul de correcteurs pouvant être mis en œuvre peuvent être, selon les cas, du type par rétroaction (« feedback ») ou par anticipation (« feedforward »). A la base, l'invention met en œuvre une loi de commande Multimodèle pour contrôle actif de bruit à bande(s) étroite(s) avec des microphones d'erreurs mobiles. Elle permet de synthétiser un ensemble de correcteurs, chaque correcteur permettant une correction pour un point donné de l'espace et la loi de commande peut utiliser une commutation des sorties des correcteurs pour sélection du plus approprié ou peut calculer une somme pondérée des sorties des correcteurs pour produire le signal de commande. Enfin, elle peut mettre en œuvre deux modes de détection du ou des modèles/correcteurs pertinents, soit avec un système de capteurs de position de la personne ou du/des microphones qu'elle porte, par exemple par balises, par capteurs extéroceptifs etc., soit avec adjonction volontaire d'un bruit de consigne dans la boucle de calcul et sélection du modèle/correcteur le plus approprié.

Ainsi, l'invention concerne un procédé de contrôle actif acoustique de bruit perturbateur à bande(s) étroite(s) destiné à atténuer, voire supprimer, en temps réel ledit bruit perturbateur dans une zone contrôlée déterminée d'un espace de travail par génération d'au moins un contre-bruit par au moins un moyen de génération sonore dans ledit espace de travail, ledit moyen de génération sonore étant commandé par un signal de commande U(t) produit en sortie d'un moyen de calcul recevant en entrée au moins un signal de mesure Y(t) provenant d'au moins un capteur acoustique disposé dans ladite zone contrôlée,

ledit moyen de calcul mettant en œuvre un correcteur obtenu à partir d'un modèle acoustique obtenu dans l'espace de travail suite à une première étape préalable d'identification dudit modèle suivie d'une deuxième étape préalable de synthèse du correcteur correspondant audit modèle, au moins le correcteur étant mémorisé dans le moyen de calcul pour utilisation en temps réel dans une troisième étape de mise en œuvre de l'atténuation ou suppression en temps réel dudit bruit perturbateur.

Selon l'invention, la zone à contrôler peut être amenée à se déplacer au cours du temps dans l'espace de travail et :

- on détermine préalablement des emplacements d'identification distincts répartis dans ledit espace de travail et correspondant chacun à un point d'identification de coordonnée déterminée dans ledit espace de travail,

- dans la première étape on identifie pour chaque point d'identification le modèle acoustique correspondant à l'emplacement dudit point d'identification,

- dans la seconde étape on synthétise pour chaque modèle le correcteur correspondant et on stocke au moins les correcteurs correspondants aux points d'identifications dans ledit moyen de calcul,

et dans la troisième étape, en temps réel, on met en œuvre des moyens de sélection d'au moins un des correcteur stockés pour la production du signal de commande U(t) afin d'au moins atténuer ledit bruit perturbateur.

On comprend, notamment lorsque la sélection du/des correcteurs se fait sur la base d'un positionnement, que lors du stockage des correcteur et éventuellement des modèles dans le moyen de calcul pour pouvoir, ultérieurement, effectuer la troisième étape, on conserve, associés, les emplacements des points d'identification, en pratique leurs coordonnées, afin de pouvoir faire des relations entre des positions dans l'espace de travail et les points d'identification de cet espace de travail. La première étape préalable d'identification peut être séparée de la deuxième étape préalable de synthèse de correcteur, les modèles et emplacements étant mémorisés pour reprise dans la deuxième étape. En alternative, les première et deuxième étapes peuvent être combinées : pour chaque point d'identification on détermine d'abord le modèle puis on synthétise le correcteur de ce modèle avant de passer au point d'identification suivant. Cette seconde solution peut être préférable si on peut tester le modèle et son correcteur synthétisé avant de passer à la troisième étape car si le correcteur s'avère alors défaillant lors du test il sera plus facile de re-synthétiser le correcteur ou, même, de faire une nouvelle identification d'un nouveau modèle pour le point d'identification en question. Dans le cas contraire, si les tests sont faits à la fin de toutes les synthèses de correcteurs, il sera nécessaire pour un correcteur défaillant de retourner au point d'identification correspondant si un nouveau modèle doit être identifié.

Dans divers modes de mise en œuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés :

-l'espace de travail ne comporte qu'une source de bruit perturbateur à bande(s) étroite(s),

-l'espace de travail comporte plusieurs sources de bruits perturbateurs à bande(s) étroite(s),

- la première étape préalable est effectuée dans le moyen de calcul,

- la première étape préalable est effectuée dans un équipement informatique distinct du moyen de calcul,

- la deuxième étape préalable est effectuée dans le moyen de calcul,

- la deuxième étape préalable est effectuée dans un équipement informatique distinct du moyen de calcul,

- la position du/des capteurs acoustiques définit la position de la zone contrôlée dans laquelle le bruit perturbateur est atténué, voire supprimé,

- le/les moyens de génération sonore sont dans une/des positions fixes dans l'espace de travail,

- le/les moyens de génération sonore sont des haut-parleurs,

- le/les moyens de génération sonore sont des générateurs de vibrations mécaniques,

- le/les moyens de génération sonore sont en périphérie de l'espace de travail,

- le/les moyens de génération sonore sont au centre de l'espace de travail,

- le/les moyens de génération sonore sont répartis dans l'espace de travail,

- le/les capteurs acoustiques sont des microphones,

- le/les capteurs acoustiques sont des capteurs de vibrations mécaniques, - le/les microphones sont disposés sur un accessoire porté par une personne à protéger du bruit,

- le/les microphones sont disposés à proximité des oreilles d'une personne à protéger du bruit,

- le/les microphones sont disposés sur un casque ou un serre-tête,

- le/les microphones sont disposés sur un accessoire en relation avec une personne à protéger du bruit, notamment un siège sur lequel la personne est assise,

- le/les microphones sont disposés sur un appui-tête du siège sur lequel la personne est assise,

- les moyens de sélection sont commandés par un moyen de localisation de la position courante de la zone à contrôler dans l'espace de travail, la sélection s'effectuant en fonction des valeurs de la distance de la position courante de la zone à contrôler par rapport à chacun des points d'identification,

- le/les capteurs acoustiques sont associés à des balises actives ou passives détectables par le moyen de localisation,

- lesdits moyens de sélection sont commandés par des moyens de comparaison des réponses de l'espace de travail pour une position courante de la zone à contrôler et pour chacun des correcteurs synthétisés à chaque point d'identification, les moyens de comparaison des réponses mettant en œuvre des estimateurs E, calculés à partir des modèles acoustiques identifiés et produisant des signaux d'erreur εί(ΐ) en fonction du signal de commande U(t) et du signal de mesure Y(t), la sélection s'effectuant en fonction des valeurs des signaux d'erreur,

- le système de contrôle est formé du/des capteurs acoustiques, du moyen de calcul et du/des moyens de génération sonore,

- on rajoute un bruit de consigne ou de commande b(t) dans le signal de mesure Y(t) ou dans le signal de commande U(t) ou on fait générer un tel bruit de consigne par au moins un générateur de bruit de consigne ou de commande dans ledit espace de travail et on asservit en variance le signal de mesure Y(t),

- les estimateurs sont choisis parmi les observateurs de Luenberger, les filtres de Kalman, un modèle simple du système électroacoustique augmenté éventuellement de filtres passe-bandes, coupes-bandes ou autres,

- les moyens de sélection sélectionnent un seul correcteur à la fois par commutation entre les correcteurs pour produire le signal de commande U(t),

- de préférence, on impose un temps minimal entre deux commutations, un correcteur sélectionné devant rester sélectionné au moins ledit temps minimal, ceci pouvant par exemple être obtenu par décalage du moment de commutation par rapport à la détection de la nécessité de changer de correcteur,

- les moyens de sélection sélectionnent un seul correcteur à la fois ou, alors, un ensemble de correcteurs dont les sorties de correction sont combinées ensembles et, de préférence, selon une combinaison linéaire, pour produire le signal de commande U(t),

- les moyens de sélection sélectionnent un seul correcteur à la fois et la commutation d'un premier correcteur à un second correcteur est franche et est, de préférence, décalée dans le temps par rapport à la détection de la nécessité du changement de correcteur si ledit premier correcteur n'a pas été sélectionné/utilisé pendant un temps minimum déterminé,

- une hystérésis de sélection est mise en œuvre par une détection de seuil dans les moyens de sélection, la commutation ne se faisant que si l'action du nouveau correcteur qui devra être commuté est suffisamment plus importante que celle du correcteur courant,

- lors d'un changement de correcteur par les moyens de sélection, on impose un temps minimal déterminé entre deux commutations et/ou une hystérésis est mise en œuvre,

- les correcteurs synthétisés sont choisis parmi des correcteurs par rétroaction et des correcteurs par anticipation,

- l'espace de travail est un local d'un bâtiment,

- l'espace de travail est une partie d'un local, ladite partie du local correspondant à un parcours effectué par la personne devant être protégée du bruit dans le local,

- la répartition des points d'identification dans l'espace de travail est choisie parmi une répartition homogène, les distances entre des points d'identification adjacents étant identiques

- la sélection en temps réel d'un/de correcteurs se fait en continu,

- la sélection en temps réel d'un/de correcteurs se fait à des moments déterminés au cours du temps,

- les moments déterminés au cours du temps sont fonction d'une ou plusieurs des conditions suivantes : détection d'un changement de position de la zone à contrôler par le moyen de localisation, un dépassement de seuil de bruit mesuré dans le signal de mesure Y(t), une périodicité temporelle déterminée, une commande manuelle.

L'invention concerne également un système de contrôle actif acoustique destiné à atténuer, voire supprimer, en temps réel un bruit perturbateur à bande(s) étroite(s) dans une zone contrôlée déterminée d'un espace de travail, ledit système de contrôle comportant au moins un capteur acoustique, un moyen de calcul et au moins un moyen de génération sonore, le moyen de calcul produisant en sortie un signal de commande U(t) en fonction d'un signal de mesure Y(t) provenant d'au moins un capteur acoustique disposé dans ladite zone contrôlée, le signal de commande U(t) étant destiné à faire générer par le/les moyens de génération sonore un contre-bruit, ledit moyen de calcul comportant un correcteur obtenu à partir d'un modèle acoustique obtenu dans l'espace de travail suite à une première étape préalable d'identification dudit modèle suivie d'une deuxième étape préalable de synthèse du correcteur correspondant audit modèle. Le système de contrôle est caractérisé en ce que le moyen de calcul comporte un ensemble de correcteurs correspondant à des points d'identifications de l'espace de travail, chaque correcteur ayant été synthétisé à partir d'un modèle identifié en un point d'identification donné de l'espace de travail, lesdits points d'identifications étant répartis dans ledit espace de travail, et ledit moyen de calcul comporte des moyens de sélection d'au moins un des correcteurs stockés pour la production du signal de commande U(t) afin d'au moins atténuer ledit bruit perturbateur, et le moyen de calcul est une unité électronique programmable comportant un programme informatique permettant le fonctionnement dudit système de contrôle selon le procédé de l'invention.

Plus généralement, le système comporte des moyens matériels permettant la mise en œuvre du procédé de l'invention.

L'invention concerne également un support informatique comportant un programme informatique destiné au moyen de calcul du système de contrôle de l'invention pour la mise en œuvre du procédé de l'invention.

La présente invention, sans qu'elle en soit pour autant limitée, va maintenant être exemplifiée avec la description qui suit de modes de réalisation et de mise en œuvre en relation avec :

la Figure 1 qui représente un espace de travail dans lequel une personne à protéger d'un bruit perturbateur peut se déplacer,

la Figure 2 qui représente un schéma de la loi de commande multimodèle par commutation avec sa la boucle de contrôle du bruit agissant sur le système acoustique avec sélection d'un correcteur en fonction d'une position courante dans laquelle le bruit doit être contrôlé,

la Figure 3 qui représente un schéma de la loi de commande multimodèle par commutation avec sa boucle de contrôle du bruit agissant sur le système acoustique avec sélection d'un correcteur en fonction de comparaisons des réponses du système acoustique et des correcteurs pour chaque point d'identification,

la Figure 4 qui représente un schéma de la loi de commande multimodèle avec sa boucle de contrôle du bruit agissant sur le système acoustique avec sélection de correcteurs dont les sorties sont combinées linéairement entre elles, la combinaison se faisant en fonction de comparaisons des réponses du système acoustique et des correcteurs pour chaque point d'identification,

la Figure 5 qui représente une boucle monovariable composée d'un système à fonction de transfert et sur laquelle sont appliqués des bruits,

la Figure 6 qui représente un schéma de principe d'un asservissement de variance d'un bruit pour mise en œuvre dans une boucle de contrôle actif avec correction par rétroaction,

la Figure 6bis qui représente un schéma de principe d'un asservissement de variance d'un bruit pour mise en œuvre dans une boucle de contrôle actif avec correction par anticipation, la Figure 7 qui représente un schéma de la loi de commande multimodèle par commutation mettant en œuvre un asservissement de la variance, la sélection du correcteur se faisant en fonction de comparaisons des réponses du système acoustique et des correcteurs pour chaque point d'identification,

la Figure 8 qui représente un schéma de la loi de commande multimodèle avec sa boucle de contrôle du bruit agissant sur le système acoustique avec sélection de correcteurs dont les sorties sont combinées linéairement entre elles et mettant en œuvre un asservissement de la variance, la combinaison se faisant en fonction de comparaisons des réponses du système acoustique et des correcteurs pour chaque point d'identification, et

la Figure 9 qui représente une boucle de contrôle du bruit du type de celle représentée à la Figure 3 mais dans laquelle une correction par anticipation (« feedforward ») est mise en œuvre à la place de la correction par rétroaction (« feedback ») de la Figure 3, et

la Figure 10 qui représente une boucle de contrôle du type de celle de la Figure 9 mais avec en plus asservissement de variance sur Y(t).

Afin de faciliter la description qui suit, on suppose que le bruit à éliminer est un son, que le périmètre dans lequel les microphones d'erreur vont se déplacer est un périmètre déterminé que l'on nomme dans la suite « espace de travail » et que les haut- parleurs assurant la production du ou des contre-bruits sont dans des positions fixes dans cet espace de travail.

Le procédé de contrôle actif de l'invention met en œuvre des traitements de signaux à partir au moins de mesures (signaux de mesure, provenant par exemple de microphones), pour produire des contre-bruits grâce à des signaux de commande appliqués à des transducteurs (par exemple haut-parleurs). L'espace dans lequel agit le procédé de contrôle actif est essentiellement analogique par nature. On pourrait donc envisager des traitements de signaux également analogiques (moyens de calculs analogiques par une électronique linéaire). Toutefois, les traitements/calculs à effectuer sont relativement complexes et on préfère donc mettre en œuvre des moyens numériques pour le traitement des signaux. Ainsi, les moyens de traitement/calcul sont des dispositifs numériques de préférence programmables, par exemple des équipements informatiques à type de processeur de traitement de signaux numériques ou ordinateur/serveur avec des interfaces adaptées pour conversion des signaux analogiques en signaux numériques et vice-versa. Il en résulte que les signaux initialement analogiques issus du système acoustique 10 sont échantillonnés dans le temps du fait d'acquisitions numériques de ces signaux analogiques. Les signaux numériques traités et produits sont donc échantillonnés dans le moyen de calcul numérique. En outre, des dispositifs annexes de conditionnement des signaux (filtrage, pré-amplification, amplification...) peuvent être mis en œuvre. Pour présenter l'invention dans l'un de ses domaines d'application, on a considéré Figure 1 , un espace de travail 1 ayant un certain comportement acoustique et comportant une ou plusieurs sources de bruit, une machine tournante 2 de type fraiseuse dans cet exemple. Dans la suite on considère que l'une des machines produit un bruit perturbateur mais l'invention peut être étendue à des cas où des machines, en différents emplacements, produisent alternativement ou toutes ensembles des bruits perturbateurs.

Ce bruit perturbateur est monofréquentiel ou quasi-monofréquentiel, avec éventuellement une ou plusieurs harmoniques ou encore des raies non harmoniques de la fréquence de base, et il doit être atténué ou, mieux éliminé, au niveau du système auditif d'une personne 4 pouvant se déplacer, déplacement qui s'effectue selon un trajet 5 déterminé ou non, dans ledit espace de travail 1 .

Pour cela un moyen de calcul (non représenté) calcule un signal de commande U(t) envoyé à des haut-parleurs 3 disposés dans l'espace de travail et générant un contre-bruit qui va atténuer/supprimer par interférence le bruit perturbateur au niveau du système auditif de la personne 4. Il est ainsi crée une zone contrôlée 9 du point de vue du bruit au niveau du système auditif de la personne 4. Le moyen de calcul calcule le signal de commande U(t) en fonction d'un signal de mesure Y(t) provenant d'un/de microphones 6 disposés au niveau du système auditif de la personne 4, sur un serre tête dans cet exemple. La zone contrôlée est à l'endroit où se trouvent le/les microphones et c'est donc pour cela que ceux-ci doivent être disposés en relation/proches du système auditif de la personne. On va voir plus précisément par la suite que la zone contrôlée/à contrôler est en fait de taille réduite par rapport à l'espace de travail.

Le comportement (électro)acoustique de l'espace de travail avec sa source de bruit et le/les moyens de génération sonore et le/les capteurs acoustiques peut éventuellement être modélisé et, dans la suite, on s'y référera par le terme « système » (pour système acoustique) avec la référence numérique 1 0 sur les Figures.

La position du/des microphones, ou la position de la personne en particulier si les microphones sont dans une relation fixe avec la personne, dans l'espace de travail est déterminée en temps réel ou quasi-réel par un moyen de localisation, des caméras 7 dans cet exemple. Ainsi, grâce au moyen de localisation on peut connaître la position courante de la zone à contrôler et suivre son déplacement 5 dans l'espace de travail 1 .

Sur la Figure 1 on a également représenté quelques points d'identifications P-i , P ₂ , ... Pe- - - à titre d'exemples de l'ensemble des points d'identification que l'on est amené à définir dans l'espace de travail et dont l'utilité sera expliquée dans la suite.

La mise en œuvre du procédé de contrôle actif avec le calcul du signal de commande U(t) dans le moyen de calcul passe par la réalisation de plusieurs étapes décrites ci-dessous : - Première étape : Identification de modèles de fonctions de transferts sur un maillage de points dans l'espace de travail.

Comme l'espace de travail, dans les trois dimensions, a généralement une taille dans toutes ses directions qui est supérieure au quart de la longueur d'onde de la fréquence à rejeter compte tenu des marges de phases maximales inhérentes à toute loi de commande, une seule identification en un point particulier (appelé point d'identification) de l'espace d'un modèle du comportement acoustique dudit espace entre, d'une part, le ou les signaux de commande U(t) (U étant un scalaire dans le cas d'un seul haut-parleur de correction et un vecteur dans le cas de plusieurs haut- parleurs) destinés au(x) haut-parleur(s) pour générer des contre-bruits et, d'autre part, les signaux de mesure Y(t) (Y étant un scalaire dans le cas d'un seul microphone et un vecteur dans le cas de plusieurs micros), n'est pas suffisante pour au moins assurer la stabilité d'une loi de contrôle unique dans un tel espace de travail.

En conséquence, on effectue plusieurs identifications de modèles en plusieurs points d'identification déterminés de l'espace. Les points d'identification sont répartis dans l'espace de travail selon une loi déterminée. Par exemple selon une répartition homogène/égale selon les trois (ou moins) directions de l'espace (maillage régulier). L'espace de travail peut être limité à un espace suivant le trajet de la personne si ce trajet est déterminé et que la personne ne le quitte pas.

En conséquence, on détermine dans l'espace de travail un certain nombre de points d'identification p _{ 1 < i≤ 1 où n est le nombre total desdits points d'identification dont on aura pris le soin de déterminer les positions dans cet espace de travail. Il est souhaitable que ces points d'identification soient suffisamment rapprochés les uns des autres, en particulier en tenant compte du rayon de la zone de stabilité d'une loi de contrôle autour d'une position nominale (cf. la zone de rayon mentionnée précédemment d'environ du quart de la longueur d'onde, ceci pour la fréquence maximale du bruit à contrôler).

En pratique, on se basera sur le rayon de la zone de stabilité de la loi de contrôle pour déterminer le/les pas de répartition entre les points d'identification. Ainsi, on peut donner comme règle empirique que la distance entre deux points d'identification adjacents ne doit guère excéder le quart de la longueur d'onde acoustique associée à la fréquence maximale à rejeter. Dans une modalité de mise en œuvre évoluée, en particulier dans le cas d'un dispositif à deux microphones placés près de chaque oreille de la personne, par exemple sur un dispositif de type serre-tête, on peut tenir compte de la rotation de la tête par rapport au repère de l'espace de travail, pour chaque position de la personne dans l'espace, en particulier si les fréquences de rejet peuvent être relativement hautes (par exemple 1000 Hz, cf. le rayon de l'ordre du dixième de la longueur d'onde mentionné précédemment).

En général la personne devant être protégée du bruit ne se déplace pas en hauteur dans l'espace de travail et il suffit donc en général de répartir les points d'identification dans un plan horizontal, parallèle au sol, et à hauteur du système auditif d'une personne.

Dans la suite des explications, notamment en relation avec les méthodes de calcul, on définit un point d'identification par ses coordonnées cartésiennes, ou dans des variantes, par ses coordonnées angulaires, par rapport au repère de l'espace de travail.

Le but de l'identification est de déterminer expérimentalement un modèle linéaire discret échantillonné à la période Te entre les commandes U(t) et les mesures Y(t). Ce modèle est généralement exprimé sous forme de fonctions de transfert ou de représentation d'état. L'identification comporte deux phases :

1 ) Une phase expérimentale consistant à envoyer sur U(t) un signal suffisamment riche, nommée « entrée persistante » dans le domaine de l'automatique, destiné à exciter le système acoustique 10 de l'espace de travail et à acquérir dans des fichiers de données les valeurs des composantes de U(t) et Y(t) à chaque période Te.

2) Une phase d'exploitation des fichiers de données ainsi acquis au moyen de programmes informatiques basés sur les techniques d'optimisation mathématiques pour obtenir/identifier des modèles du système acoustique 10. Les algorithmes utilisables sont nombreux et on peut se référer à l'ouvrage de référence de Ljung « System identification, theory for the user » Prentice Hall 1987.

On peut, suivant la méthode utilisée, obtenir des modèles qui sont des fonctions de transfert ou des représentations d'état.

A titre d'exemple, dans la phase expérimentale, on peut utiliser pour excitation du système acoustique 10, un signal de type SBPA (séquence binaire pseudoaléatoire) (PRBS en Anglais). A titre d'exemple, dans la phase d'exploitation, on peut utiliser la méthode présentée dans la demande de brevet WO2010/136661 déjà mentionnée.

On réalise cette phase expérimentale et cette phase d'exploitation pour chacun des points d'identification précédemment déterminés. Ainsi, à l'issue de ces deux phases, on dispose, pour chaque point d'identification P, , d'un modèle discret dépendant de l'opérateur retard q ^'1 lié à la période Te, chaque modèle étant noté par la suite , {ii - ) ou simplement M _s afin d'alléger les notations.

- Deuxième étape : Synthèse de correcteurs pour chacun des modèles identifiés.

Pour chaque modèle . _: obtenu au point f¾, on synthétise un correcteur dont le but est d'assurer le rejet d'une perturbation et de ses éventuelles harmoniques ou raies non harmoniques à la ou les fréquences de la ou des bandes étroites de bruit concernées, tout en assurant une robustesse suffisante de la boucle fermée de façon à ce que la stabilité du système bouclé demeure assurée lorsque le ou les microphones d'erreurs sont déplacés autour du point P _t . On comprend que l'amplitude de ce déplacement possible autour du point P, est en fait limitée par rapport à la taille de l'espace de travail du fait des contraintes mentionnée précédemment et qui ont conduit à considérer un ensemble de points d'identifications répartis dans ledit espace de travail.

On peut mettre en œuvre les deux types de correcteurs évoqués précédemment : par rétroaction (« feedback ») ou par anticipation (« feedforward »). (a) cas des correcteurs par rétroaction (« feedback ») :

Suivant la nature des modèles _; obtenu lors de l'identification, fonctions de transfert ou représentation d'état, les correcteurs peuvent être exprimés sous forme de fonctions de transfert, avec par exemple un correcteur en deux blocs de type R-S-T (voir par exemple l'ouvrage de Landau « Commande des systèmes », Hermès 2002). Le correcteur peut également être exprimé au moyen d'une représentation d'état, notamment multivariable, c'est-à-dire lorsque le nombre de haut-parleurs ¾ ou de de micros n. _v est strictement supérieur à 1 . Dans ce cas, la loi de commande peut être basée par exemple sur une loi de commande par retour d'état reconstruit (voir par exemple le document De Larminat « Contrôle d'état standard » Hermès 2000). Pour un exemple de synthèse de correcteur par rétroaction (« feedback ») mono ou multivariable, on peut se référer au document WO201 0/136661 déjà mentionné. Le correcteur peut encore être synthétisé au moyen de techniques de commande H _∞ ou de commande prédictive, etc ..

Le point commun de toutes ces méthodes de synthèses de correcteurs linéaires est qu'elles incorporent un modèle de la perturbation à rejeter suivant le principe du modèle interne de Wonham (Francis & Wonham « The internai model principle for linear multivariable regulators, Applied mathematics & optimisation », vol2 n °2,1975).

Dans le cas d'un correcteur exprimé sous forme de fonction de transfert de type R-S-T avec le bloc T=0, la loi de commande s'écrit : et le modèle du système électroacoustique est basé sur une fonction de transfert, c'est- à-dire :

^•4 ¾ - ^Î OÙ q _es t l'opérateur retard d'une période d'échantillonnage. Un schéma d'un tel système est donné sur la Figure 5.

Le rejet d'une perturbation harmonique à la fréquence fpert (en Hz) est obtenu en préspécifiant une partie du bloc S, c'est-à-dire que ce dernier se factorise sous la forme :

SOT ¹ ) = Hsiq- ¹ } ^■ S'(qr*) _avec .

= 1— 2 COS(2JT · fpert · Te) · q ^-1 + q~ ²

Le calcul de ^s ^ ¹ - ^ï et ^R ^ ^q ^ se fait par la résolution de l'équation de Bézout suivante : où ^F ^ ^q ^ est le polynôme caractéristique de la boucle fermée, choisi par placement de pôles de ladite boucle fermée. Dans le cas d'un correcteur exprimé sous forme d'état, le correcteur est composé d'un observateur d'état, ledit observateur étant basé sur le modèle d'état du système augmenté d'un modèle du ou des perturbations monofréquentielles.

Dans le cas où la ou les fréquences des bandes étroites sont variables, on peut mettre en œuvre la loi de commande décrite dans le document WO2010/136661 , précédemment mentionné et qui présente plusieurs possibilités de détermination de correcteurs.

(b) cas des correcteurs par anticipation (« feedforward ») :

La structure par anticipation suppose que l'on possède un signal de référence suffisamment bien corrélé avec le bruit perturbateur. Dans le cas de perturbations acoustiques bandes étroites, les bruits sont souvent produits par des machines tournantes à axes rotatifs, pour lesquels une mesure de la vitesse/fréquence de rotation ou de la position angulaire de l'axe rotatif est possible. Dans ce cas on peut se servir de cette mesure de vitesse/position afin de créer une référence sinusoïdale qui, par définition, est bien corrélée au bruit acoustique perturbateur généré par la machine tournante.

Parmi les algorithmes utilisables, on peut en particulier utiliser l'algorithme Fx- LMS, qui inclut un modèle du transfert de U(t) vers Y(t). Ainsi pour chaque modèle ^M i on développe un correcteur de type Fx-LMS spécifique incluant le modèle ^M t .

Ainsi, dans le cas d'un algorithme par anticipation (« feedforward »), on dispose d'un signal de référence r(t) corrélé à la perturbation acoustique.

La loi de commande est : G 0ζ ^-1 , £) - r(t) _{ou est un} fj| _tre ¾ réponse impulsionnelle finie (FIR) et dont les coefficients sont adaptés en temps réel par mise en œuvre d'un algorithme récursif (algorithme du gradient récursif).

En posant :

G = ¾ (ί) + ¾(t) - ^"1 + ¾ (t) - q ^~2 + . ^» S _n5 (t) -

Ainsi ue le vecteur des coefficients de G :

où ⁷ ί 1 est le signal de référence r(t) filtré par la fonction de transfert du modèle :

La loi d'adaptation s'écrit _: «fr + D = ^{m ~ λ φ ' Y} &

où est un scalaire positif, servant à régler la vitesse de convergence de l'algorithme. D'autres correcteurs sont possibles, IMC-LMS etc. Concernant ces structures d'algorithmes on peut se référer au document de Elliot, « Signal processing for active noise control », Académie press, 2000.

Un tel algorithme a par exemple été décrit dans Active noise Control : A tutorial review par Sin M.KUO et al. , procedings of the I EEE vol 87 n °6, june 1 999.

A l'issue de cette deuxième étape, on a obtenu n correcteurs c ₁ ... C _n spécifiques aux modèles _L,, . _ÏÏ .

La première étape d'identification de modèle et la deuxième étape de synthèse de correcteurs sont effectuées préalablement à l'étape suivante et les résultats qui en sont obtenus sont stockés dans une mémoire d'un calculateur pour utilisation dans l'étape suivante, troisième étape de mise en œuvre du dispositif de commande, qui s'effectue en temps réel. La première étape et la deuxième étape peuvent donc être effectuées une fois pour toute pour un espace de travail donné qui reste inchangé. - Troisième étape : Mise en œuvre du dispositif de commande

Etant donné que le/les microphones peuvent se déplacer dans l'espace de travail, en pratique la personne portant le/les microphones, il est nécessaire de connaître la position courante (en temps réel ou quasi-réel) du/des microphones. Toutefois, deux modes de réalisation peuvent être mis en œuvre pour cette troisième étape selon que la position courante du ou des microphones/de la zone à contrôler dans l'espace de travail peut être connue/déterminée ou non. Cette connaissance/détermination de la position courante peut être obtenue par un moyen de localisation. Si la position courante peut pas être obtenue, il est alors nécessaire de mettre en œuvre des moyens supplémentaires permettant de déterminer l'effet sur la réponse du système acoustique 1 0 de la position courante du/des microphones dans l'espace de travail et d'effectuer une comparaison avec les modèles/correcteurs qui ont été déterminés dans la première étape. Dans une variante particulièrement évoluée, les deux modes de réalisation peuvent être prévus et le procédé/système peut basculer de l'un à l'autre au cas où l'un des deux ne serait pas opérationnel, par exemple par ce que pour certaines positions courantes, le moyen de localisation n'est pas opérationnel. - Le premier mode de réalisation de cette troisième étape suppose que la position courante du ou des microphones est obtenue grâce à un moyen de localisation directe du/des microphones ou, dans une variante, indirecte par la localisation de la personne portant le/les microphones, le positionnement du/des microphones sur la personne étant en général stable/fixe.

Lors de la première étape d'identification, chaque modèle M _t (et le correcteur correspondant) est associé à une position (cartésienne et/ou angulaire) dans le repère de l'espace de travail et dont les coordonnées sont connues à priori/déterminées dès cette première étape. Cette position de point d'identification à la première étape peut par exemple être obtenue par le moyen de localisation qui est normalement utilisé dans la troisième étape.

Dans ce premier mode de réalisation, l'espace de travail dans lequel le porteur du/des microphones est supposé se déplacer est équipé de capteurs extéroceptifs, par exemple fixés à un plafond ou sur des murs dudit espace de travail. Ces capteurs peuvent être de type sonar, infrarouge, ou caméra (cf. Figure 1 ) ou encore être des récepteurs radiofréquences.

La personne porte un serre tête ou un casque sur lequel sont fixés les microphones et le serre-tête ou le casque est équipé de balises actives (par exemple : ultrasons, infrarouge, RF) ou passives (réflecteurs, cibles, codes à barres...) en permettant la localisation par les capteurs extéroceptifs. Dans des variantes les balises peuvent être portées par la personne indépendamment d'un serre-tête ou d'un casque (par exemple un code à barres sur un badge sur une blouse de travail qui peut être lu à distance et en outre permettre une identification ou un paramétrage du système).

On comprend que si la personne doit se déplacer dans un espace de travail de taille importante, les mesures des microphones seront transmises au moyen de calcul par des moyens sans fil (radio ou infrarouge). Dans le cas d'un petit espace de travail, on peut envisager une transmission filaire des mesures des microphones.

La localisation proprement dite se fait typiquement par une méthode de triangulation, par mesure de distances ou multilatération circulaire à partir de mesures d'angles. Les méthodes de calcul de la position courante peuvent être basées sur des mesures temporelles ou basée sur la direction du signal.

La position courante du/des microphones étant connue on peut sélectionner le correcteur ou les correcteurs à utiliser en fonction de cette position courante. Cette sélection peut mettre en œuvre des méthodes plus ou moins complexes entre le choix d'un seul correcteur ou de plusieurs correcteurs dont les effets (sorties de commande) peuvent être combinés selon divers critères (notamment pondération).

Ainsi, en fonction de la localisation du ou des microphones obtenue par le moyen de localisation, une logique de sélection d'un correcteur q correspondant au modèle M _f est activée et la commande U(t) envoyée sur le/les haut-parleurs est la sortie dudit correcteur Q.

Cette logique de sélection peut opérer par une commutation d'un correcteur de l'ensemble de la liste vers la commande U(t) : On parle de commande multimodèle à base de commutation.

La commande U(t) résultant peut, en alternative, être une somme pondérée de la sortie de plusieurs correcteurs, cette somme pondérée peut être obtenue, par exemple, au moyen des techniques de la logique floue, ou alors par des méthodes évaluant la probabilité d'un modèle d'être le modèle adéquat sur lequel le correcteur assure le meilleur compromis robustesse-performance de la loi de commande. Soit : u(t) = le vecteur des commandes appliquées sur les Haut-

parleurs de contre-bruit.

Soit Vi t) = vecteur des mesures microphones d'erreur,

Soit i/ _j (t) le vecteur des commandes issues du correcteur c _f .

La loi de commande proposée est du type

Avec :

Dans le cas où la loi de commande est effectuée par commutation, les μ _ι sont des booléens. Si, au contraire, la logique de commande est faite par pondérations, les μ _ι sont des réels positifs et inférieurs ou égaux à 1 .

Plus précisément, si l'on pose d _t la distance du ou des microphones d'erreur au point P _t . Dans la loi de commande par commutation, l'indice σ tel que μ _σ = 1 est déterminé tel que d _s < d _t , f et. σ≠ j. En variante, le choix du/des modèles peut être fait non directement sur la comparaison des distances d _t mais sur la comparaison des distances pondérées par un coefficient β _ί qui est ajusté par exemple en fonction de la robustesse du correcteur correspondant, multiplicatif sur d _t ou toute autre fonction dépendant de d ₍ .

Dans ce mode, comme représenté Figure 2, il y a une commutation franche entre les commandesî/ _; . La boucle de contrôle sur le système acoustique 1 0 comporte un nombre n de correcteurs 1 1 synthétisés sur les n modèles identifiés aux n points d'identification et des moyens de sélection 12 permettant de sélectionner un des correcteurs 1 1 pour produire le signal de commande U(t), les correcteurs recevant le signal de mesure Y(t). Les moyens de sélection 12 comportent un commutateur 13, une logique de commutation 14 et un moyen 15 de traitement des distances par rapport aux points d'identification d-i(t)...d _n (t) obtenues/calculées à partir des données fournies par le moyen de localisation de la position courante du/des microphones/de la personne.

En général, il est nécessaire maintenir à jour les correcteurs, même ceux non sélectionnés, notamment parce que le système est échantillonné et que les calculs mettent en œuvre à chaque période des échantillons obtenus à des temps d'échantillonnage différents, des registres à décalages pouvant être mis en œuvre. Ainsi, il nécessaire que les différents correcteurs, soient utilisés/évalués en permanence afin qu'ils soient à jour à chaque période de calcul.

Dans le cas d'une loi de commande par rétroaction (« feedback »), pour chacun des correcteurs, cela signifie qu'à chaque période de calcul il reçoit le signal de commande U(t) sélectionné à ce moment. Ainsi, les correcteurs sont utilisés/évalués même s'ils ne sont pas sélectionnés. Sur ces questions, on peut consulter : Landau « Commande des systèmes » hermès 2002 p.388.

Dans le cas d'une loi par anticipation (« feedforward ») la mise à jour porte sur le vecteur &(t) : pour chaque correcteur c il est nécessaire que le vecteur d(t) de tous les correcteurs inactifs soit initialisé sur le vecteur #{t) du correcteur actif.

A noter qu'il est en général préférable d'imposer un temps minimal entre deux commutations, ce qui peut être obtenu par décalage du moment de commutation par rapport à la détection de la nécessité de changer de correcteur afin que le correcteur courant ait été sélectionné/utilisé pendant un temps minimum avant de passer au nouveau correcteur. Dans une variante, ce décalage temporel est obtenu indirectement par mise en œuvre d'une détection de seuil dans les moyens de sélection, la commutation ne se faisant que si l'action du nouveau correcteur qui devra être commuté est suffisamment plus importante que celle du correcteur courant, afin d'obtenir une hystérésis. En effet, le temps de commutation joue un rôle important dans la stabilité du système comme expliqué dans l'ouvrage de ID Landau et ail., « Adaptive Control » au chapitre 13. En particulier, la stabilité peut être garantie si le temps de commutation est supérieur à un seuil.

Dans le cas où les ¾ peuvent prendre une valeur continue entre 0 et 1 , on peut déterminer les valeurs en affectant un poids par rapport à une mesure de proximité d'un modèle identifié par rapport à la position courante du ou des microphones d'erreur par rapport au modèle M _£ (en fait par rapport à la position à laquelle le modèle concerné a été déterminé lors de la première étape d'identification). Le poids en question doit être maximal lorsque la distance à un point P _i devient nulle et tendre vers 0 lorsque cette distance tend vers+oo.

L'éventail des fonctions servant à calculer les ¾ est très large. On en donne ici une liste non exhaustive :

d.

l ^k L'intérêt de cette seconde façon de procéder consistant en une variation continue des est d'éviter les commutations brusques. Il est alors cependant préférable que lors de la synthèse des correcteurs, la stabilité soit assurée, ce qui peut notamment être fait au moyen du concept de stabilité quadratique tel que présenté dans le document de M. Chadli « Multimodèles en automatique » Hermès 2012.

- Le second mode de réalisation de cette troisième étape suppose que la position courante du ou des microphones ne peut pas être obtenue par un moyen de localisation. Ce second mode de réalisation met alors en œuvre une méthode de sélection de correcteur(s) basée sur la ressemblance du système acoustique 10 courant par rapport aux modèles _έ .

Dans le premier mode de réalisation de la troisième étape décrit précédemment, on a supposé connue la position courante du ou des microphones grâce à un moyen de localisation des microphones basé, par exemple, sur une méthode de triangulation. Ces méthodes, qui sont précises, possèdent l'inconvénient d'être coûteuses et d'induire une complexification du système.

Dans ce second mode de réalisation de la troisième étape, on va s'affranchir de ce moyen de localisation.

Ce second mode de réalisation consiste à comparer le comportement du système asservi pour la position courante des microphones, par rapport ceux des modèles _£ identifiés aux points d'identification P ₍ et de choisir le correcteur calculé sur la base du modèle le mieux ajusté par rapport au comportement courant du système acoustique 1 0. Cette commande est appelée dans la littérature « commande adaptative multimodèle » comme par exemple dans le document de I D Landau et ail., « Adaptive Control » au chapitre 13.

Ce second mode de réalisation nécessite le calcul d'estimateurs E,, un pour chaque modèle ou correcteur déterminé dans l'espace de travail. On calcule donc ces estimateurs avant la troisième étape un fois pour toutes pour des modèles/correcteurs donnés et on stocke ces estimateurs dans une mémoire d'un calculateur pour utilisation dans la troisième étape.

En fonction du vecteur/signal de commande U(t) envoyée sur le ou les haut- parleurs et éventuellement en fonction du vecteur/signal de mesure Y(t) (en pratique : le signal de mesure Y(t) est considéré si on utilise un observateur d'état (par exemple Luenberger ou un filtre de Kalman) mais dans le cas où on utilise un simple modèle du système comme estimateur, ce qui est équivalent à un observateur à gain nul, le signal de mesure Y(t) n'est pas nécessaire), des estimateurs E _t basés sur chacun des modèles M, , permettent d'estimer une sortie Y _{ qui est soustraite à la sortie réelle du système Y pour former un signal d'erreur = Y - Y

L'estimateur utilisé peut notamment être un observateur de Luenberger, réglé par exemple par une technique de placement de pôles, dont, dans un cas particulier, le gain peut être choisi nul et, dans ce cas, l'estimateur E _{ est alors le modèleM _j . Cet estimateur peut également être un filtre de Kalman, réglé à partir de considérations statistiques, notamment matrices de covariance des bruits d'état et de sortie.

A noter que pour le calcul des estimateurs, le modèle M. _; servant à la synthèse d'un observateur peut également être augmenté d'un modèle de bruits ou perturbations, notamment la perturbation harmonique à rejeter.

Le schéma de la loi de commande avec sa boucle de contrôle du bruit et mettant en œuvre les estimateurs est donné sur la Figure 3. Cette fois, les moyens de sélection 1 2 sont commandés par des moyens de comparaison des réponses acoustiques de l'espace de travail pour une position courante de la zone à contrôler et pour chacun des correcteurs 1 1 synthétisés à chaque point d'identification, les moyens de comparaison des réponses mettant en œuvre des estimateurs E, 1 7 calculés à partir des modèles acoustiques identifiés et produisant des signaux d'erreur ε,-(ή en fonction du signal de commande U(t) et du signal de mesure Y(t). Les moyens de sélection 1 2 comportent un commutateur 1 3, une logique de commutation 14 et un moyen 1 6 de traitement des signaux d'erreur ε,-(ή.

Les signaux d'erreur e _t issus des estimateurs sont traités en vue d'exprimer des variables μ _ί servant à la prise de décision concernant la commutation. En général les variables μ _ί sont calculées à partir de la valeur absolue ou le carré des ¾ ou, plus généralement, de toute fonction paire sur les E _t , valeurs calculées qui sont par la suite filtrées par un ou des filtres passe-bas par exemple sous la forme suivante : t

O = <¾ ^■ (t) + βι ^> Τ e-ri→ · ef )

(dans le cas monovariable) μ*(£) = ef(t) ^■ a _t ^■ *¾ (£) +& · ¾ _{= 0} e ^" ^ ^" ^ ^■ e (t) ^« ¾ · e _t (t)

(dans le cas multivariable)

étant une constante (scalaires dans le cas monovariable ou matricielle dans le cas multivariable), β étant également une constante.

La sélection du correcteur £7 _ff dont la commande est effectivement choisie sur

U(t) parmi les n correcteurs€ _t se fait par évaluation des coefficients ¾ en recherchant le plus petit, c'est-à-dire à celui qui par son comportement montre que le modèle/correcteur correspondant s'approche le plus du système acoustique 10 réel/courant, ce qui veut dire que l'on choisit a tel que : μ _σ < μ _Ί , / e [l, n] et a≠ j.

Comme indiqué précédemment, il est en général préférable d'imposer un temps minimum entre deux commutations successives ou alors de mettre en place une hystérésis. Dans une variante de ce second mode de réalisation de la troisième étape et comme représenté Figure 4, on remplace le commutateur et on calcule la commande U(t) comme étant la somme pondérée des sorties de commande i/ _f (t) de chaque correcteur telle que :

U(t) = μ _± ^■ + (0 + μ ₂ ^■ U ₂ (t) +— + μ _η ^■ U _n (t)

Avec : ∑ ¾=1

Sur cette Figure 4, les moyens de sélection 12 sont tels que les signaux d'erreur des estimateurs 17 traités dans le moyen de traitement des signaux d'erreur 16 permettent de produire les facteurs de pondération μ-ι (ΐ), μ ₂ (ΐ), ... μ _η (ΐ) qui sont multipliés 18 aux sorties de commande des correcteurs 1 1 respectifs et les commandes ainsi pondérées sont additionnées 19 entre elles pour produire le signal de commande U(t).

A noter que dans la commande multimodèle, il est préférable que la consigne soit persistante, c'est-à-dire qu'elle ait un contenu suffisamment riche d'un point de vue fréquentiel, afin de pouvoir déterminer entre tous les modèles/correcteurs préétablis celui qui s'approche le plus du comportement du système acoustique 10 courant. Cette condition est naturellement en contradiction avec le principe du contrôle actif où la consigne sur Y(t) est par définition nulle.

Aussi, afin de permettre cette discrimination du bon correcteur ou des correcteurs adéquats en cas de combinaison linéaire de leurs sorties, pour produire le signal de commande, il est nécessaire de rajouter volontairement un peu de bruit dans la boucle fermée. Ce bruit rajouté est nommé « bruit de consigne » pour le différentier du bruit perturbateur à atténuer/supprimer, car il s'apparente à une sorte de « consigne ».

Ce bruit de consigne doit être aussi faible que possible de façon à ce qu'il ne vienne pas se surajouter de façon excessive au bruit résiduel (c'est-à-dire au bruit restant lorsque le système de contrôle actif fonctionne, donc résultant du contrôle dans la zone à contrôler) sur Y(t). Comme le niveau de bruit résiduel, c'est-à-dire en boucle fermée, n'est pas prévisible, puisqu'il dépend du niveau du bruit perturbateur, il est nécessaire de pouvoir contrôler le niveau du bruit de consigne rajouté au niveau de Y(t) au moyen d'une boucle de rétroaction s'ajoutant à la boucle initiale. Dans la suite on qualifie cette boucle de « boucle externe », dont l'objectif est le contrôle de la variance du bruit de consigne rajouté.

Considérons, une boucle monovariable, composée d'un système de fonction de transfert _ d'entrée U(t) et de sortie Y(t), sortie qui est soumise à un bruit w(t). Ce

A{z }

bruit w(t) est supposé être modélisable comme la sortie d'un filtre formeur attaqué en son entrée par un bruit blanc. La boucle contient un correcteur monovariable de Hfz ^{-1 '} ί

fonction de transfert dont l'entrée est Y(t) auquel est ajouté un bruit « additionnel » blanc b(t).

On suppose w(t) issu d'un bruit blanc filtré e(t) par un filtre formeur (z ^→ ) , par exemple à réponse impulsionnelle finie pour simplifier les calculs et explications. On a (A, B, R, S et F étant les fonctions précédentes en z ^"1 tout comme P avec P = A ^■ S + B ^■ R ) :

En supposant que les bruits blancs e(t) et b(t) sont différents et décorrélés et en posant C = A · S ^■■ F et N = B · R, on a :

₌ Cjz- ¹ } · (z) ^■ φ _εβ + N(z ^→ ) ^■ jVÇz) ^■ é _k

9 ^{yy ~} P(z) ^■ FCz- ¹ )

Où _χχ est le spectre du signal x(t). Cette expression n'est valable que du fait de la décorrélation entre les deux bruits blancs e(t) et b(t).

D'où l'expression suivante reliant les variances

Où j— \ ₂ est la norme 2 d'une fonction de transfert et E(x] ^z la variance du signal x(t).

On peut noter dans la relation précédente, la linéarité qu'il y a entre la variance de b(t) et la variance de y(t).

Dans le problème qui nous concerne consistant en l'asservissement de la variance de Y(t), cette relation de linéarité est très utile, puisqu'elle permet de proposer une loi de commande linéaire simple imposant la variance de b(t) à partir de la variance estimée de Y(t) :

Dans cette dernière équation Ê[y} ^z est l'estimée de la variance de Y(t), calculée en prenant le carré de Y(t) et le filtrant par un filtre passe bas.

En régime statique, et en supposant que l'estimée E[y] ² est bien égale à E y] ² , on a la relation :

Le gain K _p pouvant être choisi compris par exemple entre -0,5 et 0 de façon à ce que la variance de Y(t) soit augmentée par la boucle externe.

La généralisation de cette boucle externe d'asservissement de la variance au cas multivariable est triviale car Kp devient une matrice diagonale. Le schéma de principe de cet asservissement de variance, applicable au cas d'une loi de commande par rétroaction (Figures 7 ou 8), est donné sur la Figure 6. On retrouve, en partant de la gauche et du signal de mesure Y(t), un multiplicateur dudit signal de mesure sur lui-même, un filtre passe bas permettant de calculer Ê[y} ² et un module de calcul selon l'équation -^ - K _n suivi de l'extraction de la racine carré. Le paramètre ainsi obtenu est multiplié à un bruit blanc provenant d'un générateur de bruit blanc de variance 1 pour produire le bruit b(t) asservi en variance.

Dans le cas d'une loi de commande par anticipation (« feedforward »), l'asservissement de la variance Ê[y] ² ne peut se faire qu'en injectant un bruit de commande b(t) au niveau de la commande U(t). La loi de commande peut également être proportionnelle suivant l'équation :

où :

j^ est le carré de la norme 2 de la fonction de transfert du modèle actif. Le schéma de principe de cet asservissement de variance, applicable au cas d'une loi de commande par anticipation (Figure 10), est donné sur la Figure 6 bis.

Le schéma de la loi de commande multimodèle par commutation mettant en œuvre l'asservissement de la variance pour des correcteurs par rétroaction (« feedback ») est donné sur la Figure 7. Sur cette Figure 7, un seul correcteur 1 1 est choisi par commutation 13 mais on comprend qu'il est également possible de mettre en œuvre une combinaison linéaire des sorties de commande des correcteurs pour produire le signal de commande U(t) comme cela a été fait dans le système de contrôle en relation avec la Figure 4 et comme cela est d'ailleurs représenté Figure 8 qui concerne également des correcteurs par rétroaction (« feedback »).

Le schéma de la loi de commande multimodèle par commutation mettant en œuvre l'asservissement de la variance est donné sur la Figure 7. Sur cette Figure 7, un seul correcteur 1 1 est choisi par commutation 13 mais on comprend qu'il est également possible de mettre en œuvre une combinaison linéaire des sorties de commande des correcteurs pour produire le signal de commande U(t) comme cela a été fait dans le système de contrôle en relation avec la Figure 4 et comme cela est d'ailleurs représenté Figure 8.

On doit noter que dans la description qui vient d'être faite, on a considéré des correcteurs mettant en œuvre des algorithmes par rétroaction (« feedback ») ou seules sont utilisées les mesures des microphones d'erreur comme signal de mesure à l'entrée des correcteurs, indépendamment de toute référence. Or les correcteurs utilisables dans le cadre de l'invention peuvent également mettre en œuvre des algorithmes par anticipation (« feedforward ») qui nécessitent l'utilisation d'une source de référence corrélée avec le bruit perçu au niveau du ou des microphones d'erreurs. Cela se traduirait sur les Figures correspondantes de la demande par l'ajout d'une entrée de signal de référence sur chacun des correcteurs. Ainsi, à titre d'exemple, on a représenté Figure 9 une boucle de contrôle de bruit du type de celle représentée à la Figure 3 mais dans laquelle une correction par anticipation (« feedforward») est mise en œuvre. Il en résulte qu'un signal de référence 21 fonction de la fréquence du bruit perturbateur à atténuer/supprimer entre en entrée dans chaque correcteur. Ce signal de référence 21 peut provenir du signal de mesure dans lequel on peut rechercher le résidu /la réapparition du bruit perturbateur mais, de préférence, il provient d'un capteur en relation avec la source de bruit, par exemple un capteur de vitesse de rotation d'une machine tournante. On a également représenté Figure 10 une variante de mise en œuvre du type de celle de la Figure 9 mais avec en plus asservissement de variance de bruit sur Y(t), donc dans le cas de correcteurs par anticipation (« feedforward »).

On comprend que les procédés décrits précédemment en relation avec le contrôle actif de bruits acoustiques à bande(s) de fréquence(s) étroite(s) peuvent être appliqués à d'autres types de bruits, comme les vibrations mécaniques transmises dans des structures matérielles, par exemple un bâti de moteur, des ailes d'un avion... Dans ces derniers cas, les générateurs de contre-bruits sont adaptés à l'application : par exemple les haut-parleurs sont remplacés par des générateurs de vibrations mécaniques et les microphones par des capteurs de vibrations mécaniques. De même, l'espace de travail dans lequel on souhaite un contrôle actif du bruit n'est pas limité à un espace aérique mais peut également correspondre un volume d'eau, notamment eau de mer, pour suppressions de bruits dans un tel milieu liquide. Ici encore, les générateurs de contre- bruits et capteurs sont adaptés à l'application, par exemple par utilisation de moyens de type SONAR (générateur et récepteurs adaptés au milieu liquide).