Titre : Procédé de détection d'un effet larsen

Domaine technique

L'invention appartient au domaine systèmes de communication main libres et vise plus particulièrement la détection et l'atténuation d'un effet larsen dans un tel système de communication.

Art antérieur

Les dispositifs de communication ou de commande dits « mains libres » sont très courants dans les véhicules modernes. Ces systèmes permettent notamment à un conducteur d'établir et de poursuivre des communications téléphoniques sans quitter le volant des mains. Un tel système comprend au moins un microphone et un haut-parleur associés à un dispositif de traitement multimédia adapté pour interpréter des commandes vocales émises par un occupant du véhicule et transmettre des notifications sonores, par exemple pour acquitter des commandes ou notifier un appel entrant. Dans un tel système, un signal audio est capturé et traité en continu par un microphone afin d'y détecter des commandes vocales ou de transmettre un signal de parole à un correspondant lors d'une communication téléphonique. Ainsi, les notifications vocales ou les communications téléphoniques restituées par un haut-parleur sont également capturées par le microphone, ce qui peut générer des phénomènes de bouclage comme un écho, ou une mauvaise interprétation de commande vocale.

A cet effet, on a développé des techniques de suppression d'écho acoustique dans lesquelles le gain du microphone est réduit lorsqu'un signal est restitué par les hauts parleurs. Ce dernier système n'est pas adapté pour les conversations téléphoniques, car le fait de ne pas pouvoir entendre son interlocuteur et parler simultanément limite la fluidité des dialogues.

Pour améliorer l'expérience utilisateur, on utilise des techniques d'annulation d'écho (ECNR pour Echo Cancellation Noise Reduction en anglais, ou AEC pour Acoustic Echo Cancellation) selon lesquelles on recherche une corrélation entre le signal capturé par le microphone et le signal restitué par le haut-parleur afin de soustraire le cas échéant le signal restitué du signal capturé. Les annulateurs d'écho sont toutefois des dispositifs complexes qui ne sont pas à l'abri de disfonctionnement. Par exemple, un système d'annulation d'écho peut ne pas converger par manque de ressources systèmes et laisser un écho se développer. Un défaut logiciel ou matériel peut également conduire à ce que le son capturé par un microphone soit rediffusé par un haut-parleur à portée duquel le microphone est positionné. Par exemple, un tel défaut peut survenir dans un terminal distant de sorte qu'un écho peut se développer dans un terminal local au cours d'une communication audio entre ces deux terminaux. Dans d'autres cas, un défaut dans le routage des flux audio dans un terminal peut occasionner un écho, par exemple lorsque le signal capturé par un microphone est directement réinjecté dans le signal diffusé par un haut-parleur à portée du microphone au lieu d'être transmis vers le terminal d'un correspondant. Dans certaines circonstances, le phénomène de rétroaction de la sortie sur l'entrée produit un signal ondulatoire qui augmente progressivement en intensité jusqu'à atteindre les limites du système de sonorisation. Un tel phénomène est appelé effet larsen et se manifeste généralement par un sifflement désagréable qui augmente jusqu'à la puissance maximale de l'amplificateur utilisé.

Outre la gêne occasionnée, la survenance d'un tel phénomène dans un véhicule automobile en circulation peut détourner l'attention du conducteur et poser un problème de sécurité.

Il est donc nécessaire de s'assurer qu'un tel phénomène ne puisse pas se produire dans un véhicule en circulation. Un défaut logiciel étant par nature imprévisible, un tel système de prévention de larsen doit s'exécuter en permanence et utiliser un minimum de ressources, les capacités d'un calculateur pour automobile étant limitées.

Il existe ainsi un besoin pour une technique peu complexe permettant de détecter et de stopper un phénomène de larsen se produisant dans un véhicule.

Résumé de l'invention

A cet effet, il est proposé un procédé de détection d'un effet Larsen dans un système audio pour véhicule comprenant au moins un microphone et un haut-parleur, le procédé comprenant les étapes suivantes : Calcul d'un indicateur d'acuité acoustique pour une pluralité de trames audio successives capturées par le microphone,

Détection d'un effet Larsen lorsque l'indicateur croit de façon monotone pendant une durée prédéterminée,

- Application d'une stratégie de résolution lorsqu'un effet larsen est détecté.

La fréquence fondamentale du son résultant du rebouclage du signal émis par le haut- parleur par l'intermédiaire du microphone dépend de divers paramètres (comme des propriétés acoustiques du lieu d'écoute, de la distance séparant émetteur et récepteur et de la directivité de celui-ci) et ne peut à elle seule être caractéristique d'un effet larsen. En outre, l'utilisation d'un ECNR (Echo Canceller and Noise Reducer) dans le système audio pose un problème de détection particulier car le larsen n'est alors pas linéaire mais apparaît sous la forme d'ondulation dont l'amplitude est croissante. L'indicateur d'acuité renseigne sur le rapport entre l'énergie du signal dans les hautes fréquences et son énergie totale. Lorsqu'un tel rapport est stabilisé à une valeur supérieure à un seuil particulier, il peut être caractéristique d'un effet larsen.

L'indicateur d'acuité acoustique peut être calculé pour chaque trame de signal capturé, par exemple sur des trames de 10 millisecondes. Ainsi, lorsque sur un certain nombre de trames consécutives, par exemple 40 trames (ou une certaine durée, par exemple 400 ms) l'indicateur croît de façon monotone, un larsen est détecté et une mesure corrective est mise en œuvre.

Dans une réalisation particulière, l'indicateur d'acuité comprend le calcul d'une densité spectrale d'énergie du signal capturé par le microphone.

La détermination d'une densité spectrale d'énergie ou de puissance à partir du signal capturé permet de déterminer les bandes de fréquences dans lesquelles se concentre l'énergie du signal. La monotonie de l'indicateur d'acuité est ainsi estimée à partir d'une fréquence dans laquelle un larsen est susceptible de se produire. Selon un mode de réalisation particulier, l'indicateur est calculé à partir de fréquences supérieures à 2Khz.

De cette façon, le procédé permet de rejeter une partie des bruits de l'analyse du larsen. On augmente ainsi la pertinence de l'indicateur en focalisant l'analyse sur les hautes fréquences. Bien entendu, d'autres valeurs fréquences peuvent être considérées sans modifier l'invention.

Selon un mode particulier de réalisation, une stratégie de résolution comprend une atténuation du signal capturé par le microphone, le niveau d'atténuation étant proportionnel au temps écoulé depuis l'instant de détection du larsen et à la valeur de l'indicateur d'acuité.

Il est ainsi proposé d'atténuer le signal capturé par le microphone en cas de larsen. L'atténuation est variable, de sorte que lorsqu'un larsen est toujours détecté après un certain temps, le signal capturé est atténué davantage.

A l'inverse, lorsque qu'un phénomène de larsen n'est plus détecté après qu'une atténuation ait été appliquée pendant un certain nombre de trames successives, le niveau d'atténuation est réduit progressivement jusqu'au rétablissement d'une situation normale.

Le niveau d'atténuation est en outre ajusté selon la valeur de l'indicateur d'acuité, de sorte qu'une atténuation plus forte est appliquée lorsque l'indicateur d'acuité est élevé.

Selon un mode particulier de réalisation, une stratégie de résolution est sélectionnée parmi les stratégies suivantes :

Réduction du volume de l'amplificateur,

Réduction du gain du microphone,

- Application d'un filtre passe-bande, Redémarrage du système audio.

La réduction du niveau de sortie de l'amplificateur ou la réduction du gain du microphone permettent de limiter la rétroaction de la sortie sur l'entrée et ainsi de stopper l'effet larsen. L'application d'un filtre passe-bande configuré pour couper les hautes fréquences permet de limiter l'inconfort. La réinitialisation du système audio, par exemple par un redémarrage du dispositif afin de rétablir un état stable, permet de stopper l'effet larsen lorsqu'il est dû à une défaillance logicielle.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé est tel que le calcul de l'indicateur d'acuité acoustique prend en compte l'influence exercée par la sonie absolue du signal capturé.

Le prise en compte de la sonie dans le calcul de l'indicateur d'acuité permet d'accentuer la différence pouvant exister entre différents bruits, ce qui permet une meilleure discrimination. Un tel résultat est particulièrement adapté pour déterminer si un bruit est conforme ou non à une caractéristique recherchée. En l'espèce, on améliore ainsi la fiabilité de la détection d'un effet larsen et on évite de déclencher une stratégie de résolution lorsque le sifflement provoqué par le larsen n'est pas gênant. Autrement dit, il est proposé d'appliquer une stratégie de correction uniquement lorsque le larsen devient désagréable pour l'utilisateur.

En outre, la prise en compte de la sonie permet de ne traiter que les larsens qui sont désagréable pour l'utilisateur, donc à un niveau sonore élevé.

Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de détection d'un effet Larsen dans un système audio pour véhicule comprenant au moins un microphone et un haut-parleur, le dispositif comprenant un processeur et une mémoire dans laquelle sont enregistrées des instructions de programme adaptée pour mettre en œuvre les étapes suivantes, lorsqu'elles sont exécutées par le processeur :

Calcul d'un indicateur d'acuité acoustique pour une pluralité de trames audio successives capturées par le microphone,

Détection d'un effet Larsen lorsque l'indicateur croit de façon monotone pendant une durée prédéterminée,

- Application d'une stratégie de résolution lorsqu'un effet larsen est détecté. L'invention se rapporte aussi à un système de communication main-libre comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus, ainsi qu'à un véhicule comprenant un tel système.

Enfin, l'invention concerne un support d'information comportant des instructions de programme d'ordinateur configurées pour mettre en œuvre les étapes d'un procédé de détection tel que décrit précédemment, lorsque les instructions sont exécutées par un processeur.

Le support d'information peut être un support d'information non transitoire tel qu'un disque dur, une mémoire flash, ou un disque optique par exemple.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker des instructions. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory), un CD ROM ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution des procédés en question.

Les différents modes ou caractéristiques de réalisation précités peuvent être ajoutés indépendamment ou en combinaison les uns avec les autres, aux étapes du procédé de détection. Les véhicules, systèmes de communication, dispositifs, et supports d'information présentent au moins des avantages analogues à ceux conférés par le procédé auquel ils se rapportent.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

[Fig. 1] La figure 1 représente l'architecture d'un dispositif de communication audio main- libre susceptible d'être intégré à un système de communication d'un véhicule,

[Fig. 2] La figure 2 est un ordinogramme sur lequel sont représentées les principales étapes d'un procédé de détection d'un effet larsen selon un mode de réalisation particulier, et

[Fig. 3] La figure 3 représente l'architecture d'un dispositif adapté pour mettre en œuvre le procédé de détection selon une réalisation particulière.

Description détaillée

La figure 1 illustre de façon simplifiée l'architecture d'un dispositif 100 de communication dit « main libre » pouvant être intégré dans un véhicule. Le système 100 est configuré pour permettre simultanément l'acquisition d'un premier signal audio noté « nearIN » sur la figure 1 et la restitution d'un deuxième signal audio noté « nearOUT » sur la figure 1. Pour cela, le dispositif 100 comprend au moins un microphone 101 et un haut-parleur 102.

Le signal capturé par le microphone 101 est numérisé par un convertisseur analogique- numérique 104, traité par un module d'annulation/réduction d'écho 103 avant d'être transmis sous la forme d'un signal « farOUT » vers un autre dispositif, par exemple vers un interpréteur de commandes vocales ou un dispositif de communication vocale d'un correspondant.

En parallèle, un signal « farIN » transmis par un système de notifications vocales ou un dispositif de communication distant est traité par le module d'annulation d'écho 103 avant d'être converti en signal analogique par un convertisseur 105 et restitué par le haut-parleur 102.

Dans une telle configuration dite « main libre », le microphone 101 capture non seulement le signal de parole de l'utilisateur, mais aussi le signal restitué par le haut-parleur 102, c'est pourquoi le dispositif 100 est équipé l'un module d'annulation/réduction d'écho 103. Le module d'annulation d'écho 103 est configuré pour rechercher une corrélation entre le signal « nearOUT » et le signal « nearIN ». Plus précisément, le module 103 recherche le signal « nearOUT » restitué par le haut-parleur 102 dans le signal capturé par le microphone 101 afin de l'annuler ou de le réduire. De façon simplifiée, l'annulation d'écho consiste à reconnaître le signal émis à l'origine par le haut-parleur 102 qui réapparaît, avec un certain retard, dans le signal capturé par le microphone 101. Une fois l'écho reconnu, il peut être supprimé en le soustrayant du signal capturé, par exemple en ajoutant au signal « nearIN » un signal « nearOUT » dont la phase a été inversé. Un tel module d'annulation d'écho est connu de l'art antérieur et son fonctionnement ne sera pas discuté plus en détail.

Malheureusement, comme on l'a déjà indiqué, un tel dispositif peut s'avérer défaillant avec pour conséquence la mise en place d'une deuxième boucle de rétroaction pouvant conduire à l'installation d'un effet larsen. Une telle défaillance peut par exemple concerner un composant qui crée un rebouclage du « farOUT » vers le « nearOUT » sur lequel le composant ECNR n'a pas d'effet. Un tel effet larsen peut non seulement s'avérer inconfortable pour les occupants du véhicule, mais aussi et surtout poser un problème de sécurité en détournant l'attention du conducteur.

Une réalisation particulière du procédé de détection d'un effet larsen va maintenant être décrit en relation avec la figure 2.

Le procédé comprend une première étape 200 de capture et de numérisation d'un signal audio en provenance d'un microphone 101. Le microphone 101 est par exemple disposé dans l'habitacle d'un véhicule pour capturer un signal de parole, comme des commandes vocales ou une conversation téléphonique.

Le signal numérisé est traité lors d'une étape 201 afin de régulièrement calculer un indicateur d'acuité acoustique. L'indicateur est par exemple calculé sur des trames de 10 millisecondes successives pour obtenir une pluralité de valeurs d'indicateur permettant d'en étudier l'évolution au cours du temps. L'acuité est un paramètre psychoacoustique traduisant une sensation auditive qui correspond à une sensation d'un son aigu ressenti comme brillant ou tranchant. Elle correspond au rapport de la quantité d'énergie à haute fréquence à l'énergie totale et se mesure en acum (1 acum correspond à un bruit à bande étroite de lKHz ayant une largeur de bande inférieure à 150Hz et de niveau égal à 60 dB). Le calcul de l'acuité n'est pas normalisé et elle peut être déterminée de différentes façons.

Dans "Sharpness as an attribute of the timbre of steady sounds" Acustica 30(3), 159-172, Von Bismark propose en 1974 une méthode de calcul reposant sur la répartition de la sonie spécifique sur la tonie. Cette méthode ne prend pas en compte l'influence exercée par la sonie absolue sur l'acuité.

Dans "Sensory euphony as a function of auditory sensations"), Acustica 58(5), 282-290, W. Aures propose en 1985 une version corrigée de la méthode de von Bismark de manière à ce que l'influence de la sonie soit prise en compte.

Cet algorithme normalise le spectre d'intensité sonore spécifique par l'intensité sonore totale et pondère le spectre en fonction de la fréquence. L'algorithme renvoie le résultat pondéré en fréquence en tant que netteté spécifique par rapport au taux de bande critique, puis intègre la netteté spécifique pour mesurer la netteté. Des composants de fréquence plus élevée dans le signal entraînent généralement des mesures d'acuité plus élevées.

Dans une réalisation particulière, l'indicateur d'acuité est calculé selon la méthode proposée par Aures, c'est-à-dire en prenant en compte l'influence exercée par la sonie. La sonie (« Loudness » en anglais) traduit la sensation de volume sonore perçue par l'être humain. Ce paramètre est défini de façon telle qu'un signal sinusoïdal d'une fréquence de lKHz avec un niveau de pression de 40dB a une intensité de 1 sone.

Dans un mode de réalisation particulier, l'indicateur est déterminé en calculant un spectre d'énergie du signal capturé. Par exemple, il est proposé de calculer la densité spectrale de puissance du signal capturé de façon à obtenir une répartition fréquentielle de la puissance du signal, suivant les fréquences qui le composent. L'indicateur est alors déterminé à partir de la puissance du signal dans les hautes fréquences, par exemple dans les fréquences supérieures à 2Khz. A l'étape 202, la valeur de l'indicateur calculé pour une trame de signal numérisé courante est comparée avec la valeur de l'indicateur calculé pour la trame de signal précédente afin déterminer si la valeur de l'indicateur croit de façon monotone. Pour cela, on peut utiliser un indicateur de monotonie binaire dont la valeur est initialisée à « 0 ». L'indicateur de monotonie est positionné à « 1 » lorsque l'indicateur calculé pour une trame n est supérieur ou égal à la valeur de l'indicateur calculé pour la trame n-1, et positionné à « 0 » lorsqu'il est constaté que l'indicateur calculé pour une trame n est inférieur à la valeur de l'indicateur calculé pour la trame n-1.

A l'étape 203, on comptabilise le nombre de trames consécutives pendant lesquelles l'indicateur de monotonie est positionné à la valeur « 1 », et on compare le nombre de trames comptabilisées avec un seuil pour déterminer la mise en place d'un effet larsen. Dans un mode particulier de réalisation, le seul est fixé à 40 trames. Autrement dit, il est déterminé qu'un effet larsen est en place lorsque la valeur de l'indicateur d'acuité croit de façon monotone pendant une durée prédéterminée, par exemple 400 millisecondes (40 trames de 10 ms). L'effet ainsi détecté est considéré rester en place tant que la valeur de l'indicateur ne décroit pas.

Enfin, le procédé comprend une étape 204 au cours de laquelle une stratégie de résolution est mise en œuvre lorsqu'un effet larsen est détecté.

Selon un mode particulier de réalisation, la stratégie de résolution comprend la réduction du gain du microphone ou du niveau de sortie du haut-parleur. Le gain et/ou le niveau de sortie sont par exemple réduits progressivement jusqu'à ce que l'indicateur d'acuité descende au- dessous d'un seuil particulier.

Selon une réalisation particulière, la stratégie de résolution comprend la réinitialisation ou le redémarrage du système audio.

Dans un mode particulier de réalisation, la stratégie de résolution comprend l'atténuation du signal audio restitué tant qu'un larsen est considéré détecté. Par exemple, une atténuation de 26 dB peut être appliquée. On envisage également l'application d'une atténuation dont la valeur est proportionnelle à la valeur de l'indicateur d'acuité calculé, de sorte que lorsque l'indicateur d'acuité décroit, l'atténuation est réduite.

Selon un mode particulier de réalisation, l'atténuation appliquée au signal destiné à être restitué est supprimée lorsqu'un larsen n'est plus détecté pendant une durée déterminée, par exemple après 10 secondes. Bien entendu, différentes valeurs de durée peuvent être envisagées sans modifier l'invention.

La figure 3 montre un dispositif de détection de larsen 300 selon un mode particulier de réalisation.

Le dispositif 300 comprend un espace de stockage 302, par exemple une mémoire MEM, une unité de traitement 301 équipée par exemple d'un processeur PROC. L'unité de traitement peut être pilotée par un programme 303, par exemple un programme d'ordinateur PGR, mettant en œuvre le procédé de détection d'un effet larsen décrit en référence à la figure 2 et en particulier les étapes de calcul d'un indicateur d'acuité acoustique pour chaque trame d'une pluralité de trames audio successives capturées par le microphone, de détection d'un effet Larsen lorsque l'indicateur croit de façon monotone pendant une durée prédéterminée, et d'application d'une stratégie de résolution lorsqu'un effet larsen est détecté.

À l'initialisation, les instructions du programme d'ordinateur 303 sont par exemple chargées dans une mémoire RAM (Random Access Memory en anglais) avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 301. Le processeur de l'unité de traitement 301 met en œuvre les étapes du procédé de décrochage selon les instructions du programme d'ordinateur 303.

Pour cela, outre la mémoire et le processeur, le dispositif comprend un microphone 305 et un haut-parleur 304 respectivement couplés à des convertisseurs analogiques numériques 306 et 307 (DAC) destinés d'une part à numériser le signal capturé par le microphone 304, et d'autre part à produire un signal analogique à partir d'un signai audio numérique. Les convertisseurs 306 et 307 sont reliés à un module d'annulation d'écho et de suppression de bruit (ECNR 308) configuré pour estimer un retard et une fonction de transfert entre la restitution d'un signal par le haut-parleur 304 et sa capture par le microphone 305 pour soustraire du signal capturé le signal restitué.

Le dispositif 300 comprend aussi un module de communication 309, par exemple une interface de communication sans fil de type 2G, 3G, 4G, 5G, WiFi ou encore Bluetooth, configurée pour recevoir un signal audio numérique transmis par un dispositif, par exemple un dispositif de synthèse vocale d'un assistant intelligent ou par un système de communication d'un correspondant lors d'une communication téléphonique, et pour transmettre à ce correspondant ou à un dispositif de commande vocale, un signal de parole numérisé traité par le module ECNR 308.

Le dispositif 300 comprend également un module 310 de calcul d'un indicateur d'acuité. Le module 310 est pas exemple configuré par des instructions de programme d'ordinateur pour obtenir une trame de signal audio numérisé, par exemple une trame de 10 millisecondes, capturée par le microphone 305, appliquer un algorithme permettant le calcul d'une densité spectrale de puissance, et sélectionner les fréquences supérieures à un seuil, par exemple les fréquences supérieures à 2KHz, l'indicateur d'acuité étant caractéristique de la puissance du signal audio capturé dans les bandes sélectionnées.

Selon un mode particulier de réalisation, le module 310 est configuré par des instructions de programme d'ordinateur pour calculer un indicateur d'acuité selon la méthode proposée par Aures décrite ci-avant.

Le dispositif comprend aussi un module 311 configuré pour comparer la valeur de l'indicateur d'acuité calculée pour au moins deux trames capturées successivement, par exemple des trames de 10 millisecondes, et déterminer que la valeur de l'indicateur croit de façon monotone. Le module 311 est en outre configuré pour déterminer qu'un larsen est en place lorsqu'il est déterminé que l'indicateur d'acuité croit d'une façon monotone sur une durée prédéterminée, par exemple sur 400 millisecondes, c'est-à-dire 40 trames de 10 millisecondes.

Le dispositif comprend enfin un module 312 d'application d'une stratégie de résolution. Le module 312 peut être mis en œuvre par des instructions de programme d'ordinateur configurées pour réduire le niveau de sortie du signal vers le haut-parleur 304 et/ou réduire le gain du microphone 305 tant que le larsen est déterminé en place, appliquer un filtre passe bande, par exemple un filtre passe bas permettant de couper les hautes fréquences par exemple les fréquences supérieures à 2Kz ou encore pour redémarrer le système audio.

Selon une réalisation particulière, le dispositif 300 est intégré à un système de communication main-libre d'un véhicule.