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FR3118526A1 - Casque audio a reduction de bruit active - Google Patents

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FR3118526A1
FR3118526A1 FR2014116A FR2014116A FR3118526A1 FR 3118526 A1 FR3118526 A1 FR 3118526A1 FR 2014116 A FR2014116 A FR 2014116A FR 2014116 A FR2014116 A FR 2014116A FR 3118526 A1 FR3118526 A1 FR 3118526A1
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noise reduction
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Focal JMLab SAS
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Abstract

L’invention concerne un casque audio à réduction de bruit active présentant deux oreillettes circum-auriculaires (10a) ,comportant :une cloison (15) destinée à être disposée en regard d’une oreille ;ladite cloison (15) intégrant au moins un évent (24) traversant ladite cloison (15) de sorte à générer des fuites intentionnelles présentant :une longueur (L1) supérieure à 1,5 mm ; etune largeur (D1) sélectionnée de sorte que :- un rapport entre ladite longueur (L1) et ladite largeur (D1) soit inférieur ou égal à 8:1 si une section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou- un rapport entre ladite longueur (L1) et ladite largeur (D1) soit inférieur ou égal à 4:1 si ladite section médiane est inférieure à 1,7 mm². Figure pour abrégé : Figure 5.

Description

CASQUE AUDIO A REDUCTION DE BRUIT ACTIVE
L'invention concerne un casque audio à réduction de bruit active, c'est-à-dire un casque comportant deux oreillettes circum-auriculaires destinées à isoler l'utilisateur d'au moins une partie des bruits extérieurs. Pour ce faire, chaque oreillette comporte au moins un microphone associé à un haut-parleur.
L’invention peut être utilisée dans tous les domaines techniques pour lesquels il est recherché d’isoler l’utilisateur des bruits extérieurs, par exemple pour la diffusion de musique ou pour la protection d’un utilisateur évoluant dans un environnement bruyant.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse lorsqu’une fuite est présente au niveau de la cavité frontale formée autour de chaque oreille de l’utilisateur par les oreillettes circum-auriculaires du casque audio.
Art antérieur
Dans un casque audio à réduction de bruit active, chaque oreillette circum-auriculaire100comporte classiquement une cloison15associée à un coussinet20pour former une cavité frontale11autour de l’oreille de l’utilisateur, tel qu’illustré sur la figure 1. La cloison15supporte un microphone14disposé dans la cavité frontale11et configuré pour capter les sons de l’extérieur pénétrant dans la cavité frontale11. En outre, la cloison15est ouverte pour permettre l’intégration d’un haut-parleur17permettant de générer des ondes sonores inverses aux sons de l’extérieur captés par le microphone14.
Pour limiter les sons de l’extérieur pénétrant dans la cavité frontale11, le coussinet20, la cloison15et le haut-parleur17forment un ensemble sensiblement hermétique à l’air externe.
Une cavité arrière12peut également être formée par une coque16destinée à protéger et intégrer les composants électroniques, tel qu’un contrôleur du son émis par le haut-parleur17.
Le haut-parleur17est préférentiellement intégré dans une cavité intermédiaire1 3de sorte à former une charge acoustique permettant de régler la directivité du haut-parleur17. Pour ce faire, le moteur19est intégré dans la cavité intermédiaire13et la membrane18s’étend radialement au niveau de la cloison15.
L’accord de cette charge acoustique peut être obtenu avec une portion de faible ou de forte impédance acoustique avant21, par exemple des micro perforations réalisées dans la cloison15entre la cavité frontale11et la cavité intermédiaire13. De même, pour réaliser un accord acoustique entre la cavité intermédiaire13et la cavité arrière12, une paroi arrière29de la cavité intermédiaire13est classiquement pourvue d’une portion de faible impédance acoustique intermédiaire22et/ou d’un évent27.
La coque16peut être rendue transparente acoustiquement au moyen d’un évent ou d’une portion de faible impédance acoustique arrière23ménagée dans la coque16.
Il est également connu d’utiliser un évent avant101reliant la cavité frontale11à la cavité arrière12pour équilibrer la pression statique entre la cavité frontale11et l'extérieur de l’oreillette100. Il est classiquement recherché de dimensionner cet évent avant101pour ne pas dégrader la fonction de transfert de l’oreillette.
La fonction de transfert d’une oreillette correspond à la différence entre le signal transmis au haut-parleur 17 et le son effectivement généré dans la cavité frontale 11 pour différentes fréquences. Pour obtenir cette fonction de transfert, il est possible d’utiliser le montage illustré sur la , dans lequel le casque est parfaitement disposé sur des orifices d’écoute d’un mannequin 32. Ces orifices d’écoute du mannequin 32 simulent le comportement d’une oreille moyenne d’un utilisateur au moyen, par exemple, d’un simulateur de torsions. Le signal capté par ces orifices d’écoute est transmis à un amplificateur 33.
Pour chaque fréquence, un organe de gestion audio30génère un signalSde la fréquence considérée, et capte un signalDutcorrespondant à la mesure réalisée en sortie de l’amplificateur33. Le signalSest réinjecté en entrée de l’organe de gestion audio30pour obtenir un signal de référenceRef.
L’organe de gestion audio30est connecté à un ordinateur31effectuant la comparaison entre le signal de référenceRefet le signal mesuréDutpour chaque fréquence analysée de sorte à obtenir la fonction de transfert.
En variante, au lieu d’utiliser les orifices d’écoute, il est possible de réutiliser le signal issu du microphone 14 présent dans la cavité frontale 11, tel qu’illustré sur la . Ainsi, en connectant l’organe de gestion audio 30 au signal de ce microphone 14, il est également possible d’obtenir la fonction de transfert.
Un exemple de fonction de transfert est tracé sur la figure 4 entre 10Hz et 20kHz pour une oreillette présentant un évent avant 101 de l’état de l’art, tel qu’illustré sur la . Plus précisément, la illustre deux fonctions de transfert : une fonction de transfert mesurée alors que l’évent avant 101 est ouvert ; et une fonction de transfert mesurée alors que l’évent avant 101 est obturé.
Sur chaque fonction de transfert, la variation de l’amplitude et de la phase entre les signauxRefetDutrévèlent le comportement de l’ensemble des éléments acoustiques et électroacoustiques, tels que les caractéristiques du haut-parleur, du microphone, des volumes, des évents et des portions de faible ou forte impédance acoustique.
Tel qu’illustré sur la , la présence de l’évent avant 101 dans une oreillette de l’état de la technique ne modifie pas la fonction de transfert de celui-ci puisque que les courbes d’amplitude et de phase sont superposées.
Outre la fonction de transfert, l’évent avant101de l’état de la technique est également dimensionné pour présenter une fréquence de coupure basse. Par exemple, l’évent avant101présente une longueur de 21.5 mm et une section de 2.26 mm².
La fréquence de coupure peut être approximée par une analogie simplifiée avec un circuit électrique RC, dans lequel la résistance est appelée masse acoustiqueMaet le condensateur est appelé compliance acoustique du volume frontalCfvde la cavité frontale11, la fréquence de coupureFcd’un évent cylindrique peut être déterminée avec la relation suivante :
La masse acoustiqueMapeut être obtenue à partir de la sectionSet de la longueurLde l’évent, en utilisant la masse volumique de l’airρ, avec la relation suivante :
La compliance acoustique du volume frontal de l’éventCfvpeut être estimée à partir du volumeV fvde la cavité frontale11et de la vitesse du soncavec la relation suivante :
L’estimation du volumeV fvde la cavité frontale11est préférentiellement réalisée sans prendre en compte le volume de l’oreille présente dans la cavité frontale11et en faisant l’approximation que le coussinet20n’est pas compressé. Ainsi, le volumeV fvde la cavité frontale11peut être estimé en considérant une surface plane disposée sur le coussinet20et en estimant le volumeV fventre la surface plane, la cloison15et le coussinet20sans prendre en compte le volume des différents évents.
Pour autant, la cloison15peut présenter des renfoncements qu’il convient de prendre en compte dans l’estimation du volumeV fvde la cavité frontale11.
Avec cette méthode, le volume Vfv de la cavité frontale 11 de l’oreillette 100 de la peut être estimé à 62.4 cm3.
Cette estimation du volumeV fvde la cavité frontale11permet de déterminer la fréquence de coupureFcavec la relation suivante :
Avec un volume Vfv de la cavité frontale 11 de 62.4 cm3, et un évent avant 101 présentant une longueur de 21.5 mm et une section de 2.26 mm², la fréquence de coupure Fc de l’évent avant 101 de l’oreillette 100 de la est sensiblement de 70Hz.
Pour un autre exemple, le casque présente une cavité frontale dont le volumeV fvest estimé à 78.6 cm3ainsi qu’un évent avant présentant une longueur de 7 mm et une section de 1.5 mm². Avec cet autre exemple, la fréquence de coupure de l’évent avant du casque peut être estimée à 90Hz.
Par ailleurs, un problème majeur des casques audio à réduction de bruit active provient des fuites pouvant apparaitre entre la cavité frontale11et l’extérieur de l’oreillette100, typiquement entre la peau de l’utilisateur et le coussinet20. Par exemple, des fuites de la cavité frontale11sont généralement constatées au niveau d’une branche de lunettes reposant sur l’oreille de l'utilisateur car ce montant de lunettes vient dégrader l'étanchéité réalisée par le coussinet. De même, des fuites peuvent être générées lorsque l’utilisateur n’a pas positionné correctement une oreillette à cause de ces cheveux, de son chapeau, d’une cicatrice ou de tout autre raison.
En effet, dans un système de suppression de sons par rétroaction, le contrôleur du son émis par le haut-parleur est conçu en faisant l’approximation que le système acoustique est majoritairement fixe. Si le système acoustique change radicalement de phase, par exemple en présence de fuites de la cavité frontale11, le contrôleur peut devenir instable et commander la génération de sons indésirables.
Pour réduire ce problème de fuites de la cavité frontale, il est connu de modifier la structure des coussinets pour qu'ils se déforment très fortement au plus proche de la peau et que cette déformation forme une barrière la plus hermétique possible.
Cependant, la modification structurelle des coussinets est souvent insuffisante pour prévenir les fuites de la cavité frontale et elle risque de dégrader le confort de l'utilisateur.
Le problème technique se propose de résoudre l'invention et donc d’obtenir un casque audio à réduction de bruit active avec une fonction de transfert améliorée lorsque la cavité frontale présente des fuites.
Pour répondre à ce problème technique, l’invention propose d’utiliser au moins un évent permettant de créer des fuites intentionnelles basse fréquences.
En effet, l’invention est issue d’une observation selon laquelle la création de fuites intentionnelles basse fréquences permet de limiter la dégradation de la réponse fréquentielle due à un défaut d’isolation de la cavité frontale, par exemple lorsque l’utilisateur porte des lunettes.
Pour obtenir des fuites intentionnelles basse fréquences efficaces, les recherches de l’invention ont montré qu’il est possible d’utiliser au moins un évent présentant :
une longueur supérieure à 1,5 mm ; et
une largeur sélectionnée de sorte que :
- un rapport entre ladite longueur et ladite largeur soit inférieur ou égal à 8:1 si une section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou
- un rapport entre ladite longueur et ladite largeur soit inférieur ou égal à 4:1 si ladite section médiane est inférieure ou égale à 1,7 mm².
A cet effet, l’invention concerne un casque audio à réduction de bruit active présentant deux oreillettes circum-auriculaires, chaque oreillette circum-auriculaire comportant :
une cloison destinée à être disposée en regard d’une oreille ;
un coussinet monté sur un bord externe de ladite cloison de sorte à former une cavité frontale ;
un haut-parleur monté sur une ouverture de ladite cloison ;
au moins un microphone placé dans ladite cavité frontale ; et
un module de suppression de bruit commandant ledit haut-parleur pour supprimer les bruits indésirables détectés par ledit microphone dans ladite cavité frontale.
L’invention se caractérise en ce que ladite cloison intègre au moins un évent traversant ladite cloison de sorte à générer des fuites intentionnelles, ledit au moins un évent présentant :
une longueur supérieure à 1,5 mm ; et
une largeur sélectionnée de sorte que :
- un rapport entre ladite longueur et ladite largeur soit inférieur ou égal à 8:1 si une section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou
- un rapport entre ladite longueur et ladite largeur soit inférieur ou égal à 4:1 si ladite section médiane est inférieure ou égale à 1,7 mm².
L’invention permet, ainsi, d’obtenir un casque audio à réduction de bruit active avec des performances homogènes, même lorsque la cavité frontale présente des fuites et sans modifier le coussinet.
Ce faisant, l’invention permet de limiter les sons indésirables pouvant apparaître lorsqu’un utilisateur porte des lunettes ou que le coussinet n’est pas correctement placé.
Au sens de l’invention, un évent configuré pour générer des fuites intentionnelles correspond à un évent dont l’ouverture ou la fermeture modifie la réponse fréquentielle mesurée de l’oreillette. Par exemple, les fuites intentionnelles peuvent être caractérisées par un déphasage d’au moins 5 deg sur une plage de fréquence d’au moins 10Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert de ladite oreillette circum-auriculaire, mesurées lorsque ledit au moins un évent est ouvert et fermé. Au contraire, tel que décrit dans l’état de la technique, si le déphasage entre les fonctions de transfert est inférieur à 5 deg, alors l’évent ne génère pas de fuites intentionnelles. Lorsque plusieurs évents sont utilisés pour générer les fuites intentionnelles, le déphasage total peut être mesuré lorsque tous les évents sont simultanément ouverts et fermés. Le déphasage partiel lié à un évent spécifique peut être mesuré en obturant tous les évents et en ouvrant et fermant l’évent dont on souhaite calculer le déphasage.
De préférence, les fuites intentionnelles sont caractérisées par un déphasage d’au moins 10 deg sur une plage de fréquence d’au moins 20Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert mesurées lorsque l’évent est ouvert et fermé.
La mesure de déphasage sur une plage de fréquence d’au moins 10Hz ou 20Hz permet d’éviter qu’une différence localisée dans la prise de mesure entraine une mauvaise caractérisation de l’évent. Pour ce faire, les fonctions de transfert sont préférentiellement mesurées à chaque unité de fréquence entre au moins 20Hz et 200Hz, c’est-à-dire à 20Hz, à 21Hz, à 22Hz, à 23Hz…
Les fuites intentionnelles peuvent être créées par un ou plusieurs évents de formes variées. Pour ce faire, chaque évent présente une longueur supérieure à 1,5 mm, préférentiellement supérieure à 2 mm. En effet, l’invention est issue d’une observation selon laquelle il ne suffit pas de créer un simple trou dans la cloison pour générer ces fuites intentionnelles et limiter les sons indésirables pouvant apparaître lorsqu’un utilisateur porte des lunettes ou que le coussinet n’est pas correctement placé. Par ailleurs, un simple trou présenterait l’inconvénient de créer des distorsions additionnelles en moyennes fréquences.
Outre la longueur, l’invention est également issue d’une observation selon laquelle deux seuils de rapport entre la longueur et la largeur permettent de générer les fuites intentionnelles efficaces :
- soit le rapport entre la longueur et la largeur doit être inférieur ou égal à 8:1 si la section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou
- soit le rapport entre la longueur et la largeur doit être inférieur ou égal à 4:1 si ladite section médiane est inférieure à 1,7 mm².
Au sens de l’invention, la « section médiane » d’un évent correspond à sa section au milieu de la hauteur de l’évent. Dans le cas le plus simple, l’évent peut présenter une forme cylindrique avec une section constante. Avec cette forme cylindrique, la largeur de l’évent correspond à son diamètre.
L’évent peut néanmoins présenter une forme plus complexe qu’un simple cylindre. Par exemple, au moins une partie terminale de l’évent peut former un pavillon, c’est-à-dire une extrémité évasée, pour limiter les perturbations agissant dans l’air autour de cette extrémité de l’évent.
L’évent peut ainsi présenter la forme d’une tuyère avec deux extrémités évasées.
La géométrie de l’évent peut également être dimensionnée pour rechercher une fréquence de coupure spécifique de l’évent, par exemple une fréquence de coupure comprise entre 60 Hz et 1KHz ou entre 60 et 300Hz.
Pour un évent cylindrique, la fréquence de coupure peut être déterminée avec la relation suivante :
[Math5]
;
avec Vfv correspondant au volume de la cavité frontale, L à la longueur de l’évent et S à sa section.
Lorsque l’évent présente une forme de révolution de section variable, la fréquence de coupure est déterminée avec la relation suivante :
[Math6]
;
avec Vfv correspondant au volume de la cavité frontale, L à la longueur de l’évent et S’ à sa section moyenne.
Lorsque plusieurs évents sont utilisés, la fréquence de coupure est mesurée indépendamment pour chaque évent, par exemple en obturant les autres évents. En effet, cette formule ne permet pas de mesurer la fréquence de coupure générée par l’association de plusieurs évents. Pour estimer la fréquence de coupure de plusieurs évents, il est possible de déterminer la fréquence de coupure de plusieurs évents en mesurant le diagramme de Bode des évents.
Outre sa forme, le comportement acoustique de l’évent peut également être adapté en sélectionnant la position de l’évent, par exemple plus ou moins proche du haut-parleur. L’évent peut déboucher dans une cavité frontale arrière ou directement à l’extérieur de l’oreillette, présentant ainsi des comportements acoustiques distincts.
Selon un mode de réalisation, le comportement acoustique de l’évent est adapté en formant un pavillon ou en plaçant une maille résistive sur une extrémité terminale de l’évent formant une portion de faible ou forte impédance acoustique. Par exemple, une maille résistive peut être formée par un tissu, pourvu de trous, collé sur l’extrémité de l’évent débouchant dans la cavité frontale.
Les fuites intentionnelles peuvent être réalisées au moyen d’un seul évent.
De préférence, chaque oreillette circum-auriculaire comporte plusieurs évents juxtaposés présentant des longueurs distinctes. En effet, en utilisant plusieurs évents présentant des formes distinctes, il est possible de cumuler l’impact de ces évents pour générer ces fuites intentionnelles et limiter les sons indésirables.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien des modes de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif mais non limitatif, à l’appui des figures annexées dans lesquelles :
La est une vue schématique en coupe d’une oreillette de l’état de la technique ;
La est une représentation schématique d’un protocole de mesure d’une fonction de transfert selon un mode de réalisation non-invasif ;
La est une représentation schématique d’un protocole de mesure d’une fonction de transfert selon un mode de réalisation invasif ;
La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, de l'oreillette de la lorsque l’évent de l’état de l’art est ouvert ou fermé ;
La est une vue schématique en coupe d’une oreillette selon un premier mode de réalisation de l’invention avec un évent ;
La est une vue schématique en coupe d’une oreillette selon un second mode de réalisation de l’invention avec deux évents ;
La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, de l’oreillette de la , avec l’évent fermé et avec ou sans fuites de la cavité frontale ;
La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, de l’oreillette de la comportant un évent long avec ou sans fuites de la cavité frontale ;
La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, de l’oreillette de la comportant un évent moyen avec ou sans fuites de la cavité frontale ;
La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, de l’oreillette de la comportant un évent court avec ou sans fuites de la cavité frontale ; La illustre les fonctions de transfert, en amplitude et en phase, d’une oreillette comportant trois évents avec ou sans fuites de la cavité frontale ; et
La illustre les déphasages liés à la présence ou non d’évents sur les fonctions de transfert en amplitude et en phase d’une oreillette comportant de zéro à trois évents.
Description détaillée de l’invention
La illustre une oreillette circum-auriculaire 10a d’un casque audio à réduction de bruit active. L’oreillette circum-auriculaire 10a comporte classiquement une cloison 15 associée à un coussinet 20 pour former une cavité frontale 11 autour de l’oreille de l’utilisateur. La cloison 15 supporte un microphone 14 disposé dans la cavité frontale 11 et configuré pour capter les sons de l’extérieur pénétrant dans la cavité frontale 11.
En outre, la cloison15est ouverte pour permettre l’intégration d’un haut-parleur17permettant de générer des ondes sonores inverses aux sons de l’extérieur captés par le microphone14. Pour ce faire, un module de suppression de bruit, par exemple un processeur de signal analogique ou numérique, commande le haut-parleur17pour supprimer les bruits indésirables détectés par le microphone14dans la cavité frontale11. Les bruits indésirables correspondent aux sons captés dans la cavité frontale11qui ne sont pas générés par le haut-parleur17.
Pour limiter les sons de l’extérieur pénétrant dans la cavité frontale11, le coussinet20, la cloison15et le haut-parleur17forment un ensemble sensiblement hermétique à l’air externe.
Une cavité arrière12peut être formée par une coque16destinée à protéger et intégrer les composants électroniques, tel qu’un contrôleur du son émis par le haut-parleur17intégrant le module de suppression de bruit.
Le haut-parleur17est préférentiellement intégré dans une cavité intermédiaire13de sorte à former une charge acoustique permettant de régler la directivité du haut-parleur17. Pour ce faire, le moteur19est intégré dans la cavité intermédiaire13et la membrane18s’étend radialement au niveau de la cloison15.
L’accord de cette charge acoustique peut être obtenu avec une portion de faible ou de forte impédance acoustique avant21, par exemple des micro perforations réalisées dans la cloison15entre la cavité frontale11et la cavité intermédiaire13. De même, pour réaliser un accord acoustique entre la cavité intermédiaire13et la cavité arrière12, une paroi arrière29de la cavité intermédiaire13est classiquement pourvue d’une portion de faible impédance acoustique intermédiaire22et/ou d’un évent27.
La coque16peut être transparente acoustiquement au moyen d’un évent ou d’une portion de faible impédance acoustique arrière23ménagée dans la coque16.
Ainsi, la seule différence entre l’oreillette 10a de la et l’oreillette 100 de la de l’état de la technique réside dans les caractéristiques de l’évent 24 traversant la cloison 15 entre la cavité frontale 11 et la cavité arrière 12.
Dans le cadre de l’invention, cet évent24présente une longueurL1supérieure à 1,5 mm ; et une largeurD1sélectionnée de sorte que : un rapport entre la longueurL1et la largeurD1soit inférieur ou égal à 8:1 si une section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou un rapport entre la longueurL1et la largeurD1soit inférieur ou égal à 4:1 si la section médiane est inférieure ou égale à 1,7 mm².
Par exemple, si l’évent24correspond à un cylindre présentant un diamètreD1de 1.4 mm, la section médianeSest d’environ 1.53 mm², selon la formule S=πD²/4. Dans cet exemple, la section médianeSest inférieure à 1,7 mm², la longueurL1de l’évent doit donc être inférieure à 5.6 mm, soit 4.D1, pour que le rapport entre la longueurL1et la largeurD1soit inférieur ou égal à 4:1. Ainsi, avec un diamètreD1de 1.4 mm, des évents24de longueur 4 ou 5 mm peuvent être utilisés pour générer des fuites intentionnelles efficaces alors qu’un évent24de 6 mm ou 10 mm serait moins efficace.
Pour un autre exemple similaire, si l’évent24correspond à un cylindre présentant un diamètreD1de 1.3 mm, la section médianeSest d’environ 1.33 mm². Dans cet exemple, la section médianeSest encore inférieure à 1,7 mm², la longueurL1de l’évent doit donc être inférieure à 5.2 mm, soit 4.D1, pour que le rapport entre la longueurL1et la largeurD1soit inférieur ou égal à 4:1.
Pour un autre exemple avec une section plus importante, si l’évent24correspond à un cylindre présentant un diamètreD1de 1.6 mm, la section médianeSest d’environ 2 mm². Dans cet exemple, la section médianeSest supérieure à 1,7 mm², la longueurL1de l’évent doit donc être inférieure à 12.8 mm, soit 8.D1, pour que le rapport entre la longueurL1et la largeurD1soit inférieur ou égal à 8:1. Ainsi, avec un diamètreD1de 1.6 mm, des évents24de longueur 4, 5, 6 ou 10 mm peuvent être utilisés pour générer des fuites intentionnelles efficaces alors qu’un évent24de 15 mm serait moins efficace.
En complément, les dimensions de l’évent24peuvent être sélectionnées pour que l’évent24présente une fréquence de coupureFccomprise entre 60 Hz et 1kHz, ou préférentiellement entre 60Hz et 300Hz, de sorte à limiter le déphasage de la fonction de transfert en cas de fuites de la cavité frontale11.
La fonction de transfert d’une oreillette correspond à la différence entre le signal transmis au haut-parleur 17 et le son effectivement généré dans la cavité frontale 11 pour différentes fréquences. Pour obtenir cette fonction de transfert, il est possible d’utiliser le montage illustré sur la , dans lequel le casque est parfaitement disposé sur des orifices d’écoute d’un mannequin 32. Ces orifices d’écoute du mannequin 32 simulent le comportement d’une oreille moyenne d’un utilisateur au moyen, par exemple, d’un simulateur de torsions. Le signal capté par ces orifices d’écoute est transmis à un amplificateur 33.
Pour chaque fréquence, un organe de gestion audio30génère un signalSde la fréquence considérée, et capte un signalDutcorrespondant à la mesure réalisée en sortie de l’amplificateur33. Le signalSest réinjecté en entrée de l’organe de gestion audio30pour obtenir un signal de référenceRef.
L’organe de gestion audio30est connecté à un ordinateur31effectuant la comparaison entre le signal de référenceRefet le signal mesuréDutpour chaque fréquence analysée de sorte à obtenir la fonction de transfert.
En variante, au lieu d’utiliser les orifices d’écoute, il est possible de réutiliser le signal issu du microphone 14 présent dans la cavité frontale 11, tel qu’illustré sur la . Ainsi, en connectant l’organe de gestion audio 30 au signal de ce microphone 14, il est également possible d’obtenir la fonction de transfert.
Un exemple de fonction de transfert est tracé sur la entre 10Hz et 20kHz pour l’oreillette 10a de la alors que l’évent 24 est obturé de sorte à visualiser la dégradation de la fonction de transfert lorsque la cavité frontale 11 présente des fuites par rapport à la fonction de transfert lorsque la cavité frontale 11 est hermétique. La présence de fuites peut, par exemple, être simulée en plaçant des lunettes sur le mannequin 32.
Tel qu’illustré sur cette , en dessous de 1KHz, les fonctions de transfert mesurées avec et sans fuites sont très différentes. Par exemple, à 20 Hz, la phase mesurée de l’oreillette 10a est de 40 deg alors qu’avec des fuites la phase mesurée est de 110 deg. La présence de fuites induit ainsi une déphase de 70 deg. Ce déphasage est largement suffisant pour entrainer une instabilité du contrôleur et générer des sons indésirables.
Pour limiter ce déphasage, l'invention propose d'utiliser un évent configuré pour générer des fuites intentionnelles.
Les figures 8, 9 et 10 illustrent trois exemples de fonction de transfert mesurées, avec et sans fuite de la cavité frontale11, pour une même oreillette10 aet avec trois évents cylindriques24de même sectionS, environ égale à 1.65 mm², et présentant des longueursL 1différentes. Dans ces trois exemples, la cavité frontale11présente un volumeV fvde 70 cm3et les évents24présentent un diamètreD1de 1.45 mm.
L’estimation du volumeV fvde la cavité frontale11est préférentiellement réalisée sans prendre en compte le volume de l’oreille présente dans la cavité frontale11et en faisant l’approximation que le coussinet20n’est pas compressé. Ainsi, le volumeV fvde la cavité frontale11peut être estimé en considérant une surface plane disposée sur le coussinet20et en estimant le volumeV fventre la surface plane, la cloison15et le coussinet20sans prendre en compte le volume des différents évents.
Dans l’exemple de la , un évent cylindrique 24 de 10 mm de longueur L1 est utilisé. La fréquence de coupure de cet évent 24 de 10 mm de longueur L1 peut être estimé à 83.1 Hz en utilisant la relation suivante :
[Math7 ]
;
avecVfvcorrespondant au volume de la cavité frontale11,L 1à la longueur de l’évent24etSà sa section.
Cet évent 24 de 10 mm de longueur L1 présente donc une fréquence de coupure Fc comprise entre 60 Hz et 1 kHz. Tel qu'illustré sur la , il permet de générer des fuites intentionnelles. Par exemple, les fuites intentionnelles peuvent être caractérisées par un déphasage d’au moins 5 deg sur une plage de fréquence d’au moins 10Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert mesurées lorsque l’évent 24 est ouvert et lorsque l’évent 24 est fermé.
De préférence, les fuites intentionnelles sont caractérisées par un déphasage d’au moins 10 deg sur une plage de fréquence d’au moins 20Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert mesurées lorsque l’évent24est ouvert et lorsque l’évent24est fermé.
En effet, la révèle que le déphasage mesuré sans fuite avec cet évent 24 est diminué par rapport au déphasage mesuré sans fuite et sans la présence de cet évent 24, tel qu’illustré sur la . Par exemple, sur la , à 20 Hz, la phase mesurée sans fuite est de 70 deg sans évent 24 alors que la phase mesurée sans fuite est de 40 deg en présence de l’évent 24. La présence de l’évent 24 entraine donc une réduction du déphasage de 30 deg.
Cette limitation du déphasage est d'autant plus marquée lorsque la fréquence de coupureFcde l'évent24est comprise entre 60 Hz et 1 kHz.
En effet, la illustre les fonctions de transfert d'un évent 24 cylindrique d'une longueur L de 6 mm avec une même section S de 1.65 mm². Avec le même volume Vfv de 70 cm3, la fréquence de coupure Fc de cet évent 24 est de 107.3 Hz. Tel qu'illustré sur la , le déphasage mesuré avec ou sans fuite avec cet évent 24 d'une fréquence de coupure Fc de 107.3 Hz est globalement plus faible que le déphasage mesuré avec l’évent 24 possédant une fréquence de coupure Fc de 83.1 Hz, illustré sur la .
De même, ce déphasage est encore plus réduit lorsqu’un évent 24 cylindrique d'une longueur L de 4 mm est utilisé, tel qu'illustré sur la . Avec la section S de 1.65 mm² et le volume Vvf de 70 cm3, cet évent 24 d’une longueur L de 4 mm présente une fréquence de coupure Fc de 131.4 Hz. Tel qu'illustré sur la , le déphasage mesuré avec ou sans fuite avec cet évent 24 d'une fréquence de coupure Fc de 131.4 Hz est globalement plus faible que le déphasage mesuré avec l’évent 24 possédant une fréquence de coupure Fc de 107.3 Hz, illustré sur la . Par exemple, à 20 Hz, la phase mesurée sans fuite est sensiblement de 60 deg alors que la phase mesurée avec fuites est proche de 80 deg. Cet évent 24 de 4 mm permet donc d'obtenir un déphasage limité à 20 deg contrairement au déphasage de 70 deg mesuré sans utiliser un évent 24 permettant de générer de fuites intentionnelles.
Ces exemples des figures 8 à 10 permettent d’illustrer comment dimensionner les caractéristiques d’un évent24pour générer des fuites intentionnelles. Bien entendu, la forme de l’évent24peut varier tout en configurant l’évent24pour générer des fuites intentionnelles. Ainsi, l’évent24peut présenter une forme de tuyère, une forme de pavillon ou tout autre forme adaptée pour contrôler la propagation de l’air. Avec une forme de révolution de section variable, la fréquence de coupureFcest déterminée avec la relation suivante :
[Math8]
;
avecVfvcorrespondant au volume de la cavité frontale11,L 1à la longueur de l’évent24etS’à sa section moyenne.
Outre la forme de l’évent24, une ou plusieurs parties terminales peuvent également être pourvues d’une maille résistive28pour adapter les propriétés acoustiques de l’évent24.
De préférence, plusieurs évents24 peuvent être juxtaposés pour obtenir une amélioration du déphasage avec ou sans fuite de la cavité frontale11. Par exemple, la figure 6 illustre une oreillette circum-auriculaire10bcomportant deux évents juxtaposés, un premier évent25présentant une longueurL2et une largeurD2et un second évent26présentant une longueurL3et une largeurD 3.
La figure 11 illustre la fonction de transfert d’une oreillette dans laquelle les trois évents décrits avec les figures 8, 9 et 10 sont juxtaposés. Cette combinaison de plusieurs évents24permet d’obtenir un déphasage très limité entre les fonctions de transfert mesurées avec ou sans fuite de la cavité frontale11.
L'invention permet ainsi de limiter le déphasage avec ou sans fuite de la cavité frontale11en créant des fuites intentionnelles qui dégradent la réponse mesurée lorsque l’oreillette circum-auriculaire10 a-10best parfaitement disposée autour des oreilles de l'utilisateur. Cependant, l'invention part du constat que ce positionnement idéal n'est pratiquement pas reproductible dans la réalité et qu'il est préférable de réaliser un casque à réduction de bruit active dans lequel la qualité de l'atténuation est meilleure dans la majorité des cas d’usage et notamment dans les cas les plus dégradés pour lesquels des fuites sont présentes au niveau de la cavité frontale11de sorte à obtenir une limitation des sons indésirables.
L’invention permet donc de garantir une homogénéité dans les performances d’un casque à réduction de bruit active pour tous les cas d’usage en réduisant la dégradation maximum pouvant être subie en présence de fuites de la cavité frontale11.

Claims (10)

  1. Casque audio à réduction de bruit active présentant deux oreillettes circum-auriculaires (10a-10b), chaque oreillette circum-auriculaire (10a-10b) comportant :
    une cloison (15) destinée à être disposée en regard d’une oreille ;
    un coussinet (20) monté sur un bord externe de ladite cloison (15) de sorte à former une cavité frontale (11) ;
    un haut-parleur (17) monté sur une ouverture de ladite cloison (15) ;
    au moins un microphone (14) placé dans ladite cavité frontale (11) ; et
    un module de suppression de bruit commandant ledit haut-parleur (17) pour supprimer les bruits indésirables détectés par ledit microphone (14) dans ladite cavité frontale (11) ;
    caractérisé en ce que ladite cloison (15) intègre au moins un évent (24-26) traversant ladite cloison (15) de sorte à générer des fuites intentionnelles, ledit au moins un évent (24-26) présentant :
    une longueur (L1-L3) supérieure à 1,5 mm ; et
    une largeur (D1-D3) sélectionnée de sorte que :
    - un rapport entre ladite longueur (L1-L3) et ladite largeur (D1-D3) soit inférieur ou égal à 8:1 si une section médiane est supérieure à 1,7 mm² ; ou
    - un rapport entre ladite longueur (L1-L3) et ladite largeur (D1-D3) soit inférieur ou égal à 4:1 si ladite section médiane est inférieure ou égale à 1,7 mm².
  2. Casque audio à réduction de bruit active selon la revendication 1, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente une longueur (L1-L3) supérieure à 2 mm.
  3. Casque audio à réduction de bruit active selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdites fuites intentionnelles sont caractérisées par un déphasage d’au moins 5 deg sur une plage de fréquence d’au moins 10Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert de ladite oreillette circum-auriculaire (10a-10b), mesurées lorsque ledit au moins un évent (24-26) est ouvert et fermé.
  4. Casque audio à réduction de bruit active selon la revendication 3, dans lequel lesdites fuites intentionnelles sont caractérisées par un déphasage d’au moins 10 deg sur une plage de fréquence d’au moins 20Hz comprise entre 20Hz et 200Hz entre les fonctions de transfert de ladite oreillette circum-auriculaire (10a-10b), mesurées lorsque ledit au moins un évent (24-26) est ouvert et fermé.
  5. Casque audio à réduction de bruit active selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente une forme cylindrique.
  6. Casque audio à réduction de bruit active selon la revendication 5, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente une fréquence de coupure (Fc) comprise entre 60 et 300Hz, ladite fréquence de coupure (Fc) étant déterminée avec la relation suivante :
    [Math9]
    ;
    avec Vfv correspondant au volume de ladite cavité frontale (11), L à ladite longueur dudit au moins un évent (24-26) et S à sa section.
  7. Casque audio à réduction de bruit active selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente une forme de révolution de section variable et une fréquence de coupure (Fc) comprise entre 60 et 300Hz, ladite fréquence de coupure (Fc) étant déterminée avec la relation suivante :
    [Math10]
    ;
    avec Vfv correspondant au volume de ladite cavité frontale (11), L à ladite longueur dudit au moins un évent (24-26) et S’ à sa section moyenne.
  8. Casque audio à réduction de bruit active selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente au moins une partie terminale en forme de pavillon.
  9. Casque audio à réduction de bruit active selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit au moins un évent (24-26) présente au moins une partie terminale pourvue d’une maille résistive (28).
  10. Casque audio à réduction de bruit active selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel chaque oreillette circum-auriculaire (10a-10b) comporte trois évents (24-26) juxtaposés présentant des longueurs (L1-L3) distinctes.
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